Astronomowie odkryli w gwiezdnym halo Drogi Mlecznej ponad 200 odległych gwiazd zmiennych, znanych jako gwiazdy RR Lyrae. Najdalsza z tych gwiazd znajduje się ponad milion lat świetlnych od Ziemi, czyli prawie połowę odległości od naszej sąsiedniej galaktyki, Andromedy, oddalonej o około 2,5 miliona lat świetlnych.
Charakterystyczne pulsacje i jasność gwiazd RR Lyrae czynią z nich doskonałe „świece wzorcowe” do pomiaru odległości galaktycznych. Te nowe obserwacje pozwoliły naukowcom prześledzić zewnętrzne granice halo Drogi Mlecznej.
„To badanie na nowo definiuje zewnętrzne granice naszej galaktyki” – powiedział Raja GuhaThakurta, profesor i kierownik katedry astronomii i astrofizyki na UC Santa Cruz. „Nasza galaktyka i Andromeda są tak duże, że między nimi prawie nie ma przestrzeni”.
GuhaThakurta wyjaśnił, że gwiezdny składnik halo naszej galaktyki jest znacznie większy niż dysk, który ma około 100 000 lat świetlnych średnicy. Nasz Układ Słoneczny znajduje się w jednym ze spiralnych ramion dysku. W środku dysku znajduje się centralne zgrubienie, a wokół niego halo, które zawiera najstarsze gwiazdy w galaktyce i rozciąga się na setki tysięcy lat świetlnych we wszystkich kierunkach.
„Aureola jest najtrudniejszą częścią do zbadania, ponieważ zewnętrzne granice są tak daleko” – powiedział GuhaThakurta. „Gwiazdy są bardzo rzadkie w porównaniu z dużą gęstością gwiazd dysku i zgrubienia, ale halo jest zdominowane przez ciemną materię i faktycznie zawiera większość masy galaktyki”.
Yuting Feng, doktorant współpracujący z GuhaThakurta na UCSC, kierował nowymi badaniami i przedstawia swoje odkrycia podczas dwóch wykładów na spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego w Seattle w dniach 9 i 11 stycznia.
Według Fenga, poprzednie badania modelowe obliczyły, że gwiezdne halo powinno rozciągać się na około 300 kiloparseków lub 1 milion lat świetlnych od centrum galaktyki. (Astronomowie mierzą odległości galaktyczne w kiloparsekach; jeden kiloparsek to 3260 lat świetlnych).
„Udało nam się wykorzystać te gwiazdy zmienne jako wiarygodne znaczniki do ustalenia odległości” – powiedział Feng. „Nasze obserwacje potwierdzają teoretyczne szacunki wielkości halo, więc jest to ważny wynik”.
Odkrycia opierają się na danych z Next Generation Virgo Cluster Survey (NGVS), programu wykorzystującego Kanadyjsko-Francusko-Hawajski Teleskop (CFHT) do badania gromad galaktyk daleko poza Drogą Mleczną. Przegląd nie miał na celu wykrycia gwiazd RR Lyrae, więc naukowcy musieli je wykopać ze zbioru danych. Gromada w Pannie to duża gromada galaktyk, w skład której wchodzi gigantyczna galaktyka eliptyczna M87.
„Aby uzyskać głęboką ekspozycję M87 i otaczających ją galaktyk, teleskop uchwycił również gwiazdy pierwszego planu w tym samym polu, więc dane, których użyliśmy, są swego rodzaju produktem ubocznym tego przeglądu” – wyjaśnił Feng.
Według GuhaThakurty, doskonała jakość danych NGVS umożliwiła zespołowi uzyskanie najbardziej wiarygodnej i precyzyjnej charakterystyki RR Lyrae na tych odległościach. RR Lyrae to stare gwiazdy o bardzo specyficznych właściwościach fizycznych, które powodują, że rozszerzają się i kurczą w regularnie powtarzającym się cyklu.
„Sposób, w jaki zmienia się ich jasność, wygląda jak EKG – są jak bicie serca galaktyki – więc jasność rośnie szybko i powoli spada, a cykl doskonale się powtarza z tym bardzo charakterystycznym kształtem” – powiedział GuhaThakurta. „Ponadto, jeśli zmierzysz ich średnią jasność, okaże się, że jest taka sama dla każdej gwiazdy. Ta kombinacja jest fantastyczna do badania struktury galaktyki”.
Niebo jest pełne gwiazd, niektóre jaśniejsze od innych, ale gwiazda może wyglądać na jasną, ponieważ jest bardzo jasna lub znajduje się bardzo blisko, a rozróżnienie może być trudne. Astronomowie mogą zidentyfikować gwiazdę RR Lyrae na podstawie jej charakterystycznych pulsacji, a następnie wykorzystać obserwowaną jasność do obliczenia, jak daleko się znajduje. Procedury nie są jednak proste. Bardziej odległe obiekty, takie jak kwazary, mogą udawać gwiazdy typu RR Lyrae.
„Tylko astronomowie wiedzą, jak bolesne jest uzyskanie wiarygodnych wskaźników tych odległości” – powiedział Feng. „Ta solidna próbka odległych gwiazd RR Lyrae daje nam bardzo potężne narzędzie do badania halo i testowania naszych obecnych modeli wielkości i masy naszej galaktyki”.
Niniejsze badanie opiera się na obserwacjach uzyskanych za pomocą MegaPrime/MegaCam, wspólnego projektu CFHT i CEA/IRFU, na Kanadyjsko-Francusko-Hawajskim Teleskopie (CFHT), który jest obsługiwany przez Narodową Radę ds. Badań (NRC) Kanady, Instytut National des Sciences de l’Univers z Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) we Francji oraz University of Hawaii.