Wyobraźmy sobie naszą Galaktykę jako gigantyczny gwiezdny wir, w którego ramieniu znajduje się Układ Słoneczny. Od dawna wiemy, że Droga Mleczna jest galaktyką spiralną, jednak precyzyjne nakreślenie jej struktury z perspektywy Ziemi, znajdującej się wewnątrz dysku, jest niezwykle trudne. Pył i gaz przesłaniają odległe ramiona, a wiele metod pomiarowych opiera się na założeniach dotyczących prędkości obrotowej Galaktyki. Ostatnio astronomowie uzyskali jednak bardziej wiarygodne dane: zewnętrzne ramiona spiralne rozciągają się dalej od centrum, niż dotychczas sądzono.
Odkrycia dokonano dzięki teleskopom rentgenowskim – należącemu do NASA Chandra oraz europejskiemu XMM-Newton. Zespół pod kierownictwem Beatrice Vai z Włoch przeanalizował tak zwane echa świetlne – pierścienie promieniowania rentgenowskiego powstające, gdy błyski gamma z odległych źródeł odbijają się od obłoków pyłu w ramionach Drogi Mlecznej. Rozbłyski gamma to jedne z najjaśniejszych zdarzeń we Wszechświecie, towarzyszące kolapsom masywnych gwiazd lub zderzeniom gwiazd neutronowych, które mają miejsce daleko poza granicami naszej Galaktyki.
The images include X-ray data from Chandra and optical data from Pan-STARRS. The composite image shows X-ray rings generated by a gamma-ray burst (GRB), a bright X-ray source located outside our galaxy. In a phenomenon called light echoes, the X-rays from the GRB bounced off dust
Gdy potężny impuls świetlny przemierza Galaktykę, jego część ulega rozproszeniu na pyle. W zakresie rentgenowskim tworzy to rozszerzające się pierścienie, których średnica jest bezpośrednio powiązana z odległością do obłoku. Im bliżej nas znajduje się pył, tym większy jest pierścień. Ta metoda geometryczna jest niemal całkowicie niezależna od modeli rotacji Galaktyki i zapewnia wysoką precyzję.
Badacze przeanalizowali dane pochodzące z trzech różnych rozbłysków gamma. Zmierzyli oni odległości do trzech ramion: Perseusza, Zewnętrznego (Outer) oraz Zewnętrznego Scutum-Centaurus (Outer Scutum-Centaurus). Okazało się, że dwa najdalsze ramiona znajdują się o około 10% dalej od centrum galaktycznego, niż wcześniej przypuszczano. Na pierwszy rzut oka różnica ta wydaje się niewielka, jednak dla zrozumienia struktury Galaktyki ma ona kluczowe znaczenie.
„To bardzo bezpośredni sposób pomiaru odległości, oparty wyłącznie na geometrii” – podkreśliła Beatrice Vaia. Wcześniej w przypadku odległych obszarów Galaktyki niepewność pomiarowa rosła, ponieważ modele rotacji stawały się mniej wiarygodne. Nowe dane mogą wpłynąć na szacunki dotyczące całkowitej masy Drogi Mlecznej, a nawet na teorie o tym, jak powstają i utrzymują się ramiona spiralne.
Naukowcy oszacowali również szerokość jednego z odległych obłoków pyłu na około 3500 lat świetlnych. Sugeruje to, że pomiary dotyczą całego ramienia, a nie przypadkowego, niewielkiego skupiska materii.
Oczywiście metoda ta ma swoje ograniczenia: jasne rozbłyski gamma, widoczne przez płaszczyznę Galaktyki, zdarzają się rzadko. Przez 25 lat obserwacji udało się wykorzystać zaledwie kilka odpowiednich zdarzeń. Niemniej jednak nawet te dane już teraz zmuszają do świeżego spojrzenia na nasz gwiezdny dom.
Wciąż odkrywamy Drogę Mleczną na nowo, mimo że sami w niej mieszkamy. Każdy nowy szczegół – od dokładnego położenia ramion po rozkład masy – pomaga lepiej zrozumieć procesy formowania się i ewolucji naszej Galaktyki. I kto wie, jakie jeszcze niespodzianki czekają nas w przyszłości.
