Mliečna dráha v infračervenej oblasti svetla

Aké zázraky môžeme nájsť v strede našej domovskej galaxie, Mliečnej dráhy?
Astronómovia poznajú niekoľko bizarných kozmických objektov, ako obrie kozmické prachové mračná, zhluky jasných hviezd, víriace plyny a tiež supermasívne čierne diery.
Väčšia časť galaktického jadra je v oblasti viditeľného svetla skrytá pred našim zrakom, ale môže byť skúmaná v inej oblasti elektromagnetického žiarenia. Kým vo viditeľnej oblasti si môžete pozrieť Mliečnu dráhu na vlastné oči (na nejakom mieste, kde rozptyl mestských osvetlení neznemožní výhľad).
Obrázok bol zhotovený z údajov satelitu (MSX) v rámci Midcourse Space Experiment. Obrázky sa zhotovili v troch pásmach infračerveného svetla a prevedené do troch farieb (modrá, zelená, červená).
Galaktická rovina, v ktorej sa pohybuje aj naša slnečná sústava vytvára na obrázku približne vodorovnú priamku (okolo ktorých sú hviezdy rozložené hustejšie), kým centrum galaxie sa vydúva v strede obrázku. Zabalená do horúcich plynov a prachových mračien zohrievaných mohutným žiarením hviezd centrálnej oblasti vyniká svojou jasnosťou.

Gama - žiarenia v Mliečnej dráhe                                    Na obrázku vidieť zdroje gama- žiarenia v Mliečnej dráhe

Gama- žiarenie je elektromagnetické žiarenie podobne, ako rádiové vlny, alebo viditeľné svetlo. Vo všetkých prípadoch ho predstavuje častica fotón a rozlišuje ich jedine energia fotónu (resp. vlnová dĺžka, medzi vlnovou dĺžkou a energiou je jednoznačná relácia). Energia fotónov tvoriacich gama -žiarenie je milión i miliardu krát väčšia ako energia fotónov tvoriacich viditeľné svetlo. Energiu fotónov je zvykom vyjadriť v elektronvoltoch (eV). Kým fotóny viditeľného svetla majú energiu približne od 1,7 eV do 3,1 eV, energia fotónov tvoriacich gama- žiarenie je rádovo milión elektronvoltov (MeV) a vyššie (horná hranica nie je stanovená). Keby ste videli v oblasti gama- žiarenia a nie v oblasti viditeľného svetla, pohľadom na oblohu by sa ukázala neznáma konštalácia hviezd, nové súhvezdia, kým staré známe by už neboli vidieť, alebo by boli len ťažko rozpoznateľné.
Keď zariadenie EGRET na družici Compton Gamma-ray Observatory v roku 1990 preskúmalo oblohu, našlo 271 nebeských objektov žiariacich intenzívne v oblasti gama. Niektoré z nich boli stotožnené s čiernymi dierami (nežiaria priamo čierne diery, ale hmota, ktorá do nej padá), s neutrónovými hviezdami a so vzdialenými galaxiami.
Z katalogizovaných zdrojov sa však nepodarilo identifikovať celkom 170. Predpokladá sa, že aj tieto zdroje sú známe, ich svetlo je však tak slabé, že ich identifikácia je príliš neistá.
Napriek tejto viere upozorňujú bádatelia na pás zdrojov gama- žiarenia, ktoré identifikujeme vo vlastnej galaxii, v Mliečnej dráhe, ktorá môže tvoriť novú triedu týchto zdrojov (obrázok vyššie ukazuje mliečnu dráhu, ktorú samozrejme vidíme len hranou k nám, nakoľko aj samotná slnečná sústava leží v medzi ramenami Mliečnej dráhy).
Je možné, že závoj záhady bude odhrnutý až po vypustení nového, väčšieho a citlivejšieho zariadenia Gamma-ray Large Area Space Telescope v roku 2006.
Gama- žiarenie je síce tiež prúdom fotónov ako viditeľné svetlo, ale na zobrazovanie ich pomocou nie je možné použiť bežné optické zariadenia. Gama- žiarenie má veľkú prenikavosť (menšiu ale ako röntgenové žiarenie, ktoré je tiež elektromagnetickým žiarením ale s energiou do stoviek keV).
Vďaka svojej vysokej energii je schopná pri prelete v blízkosti jadier atómov zaniknúť a vytvoriť tzv. elektrón- pozitrónový pár (pozitrón je antičasticou elektrónu s rovnakou hmotnosťou ako elektrón, ale s opačným elektrickým nábojom). Toho sú schopné len fotóny s energiou nad 1,02 MeV (pokojová energia elektrónu a pozitrónu dohromady). Vďaka obrovskej hybnosti fotónu vzniklý elektrón- pozitrónový pár letí v pôvodnom smere letu fotónu, vytvárajúc stopu v tvare V s ostrým vrcholom v mieste zániku fotónu. Pohyb elektrónu pozitrónu sa registruje pomocou iskrovej komory, rekonštruuje sa ich dráha a energia. Dráha elektrónu a pozitrónu určí smer, z ktorého priletel fotón a získavame obraz v oblasti gama- žiarenia.

Prístroj na zobrazovanie v oblasti gama.

Poznanie Mliečnej dráhy

Skupina nemeckých, švajčiarskych a švédskych astronómov urobili veľký prelom v pochopení našej domovskej galaxie, Mliečnej dráhy, v ktorej žijeme.
Počas tisíc nocí v rozpätí pätnástich rokov sledovali a zaznamenávali pohyb 14 000 hviezd v našej najtesnejšej blízkosti. Prvý krát za históriu ľudstva sa tým umožnilo štúdium a spätné sledovanie pohybu hviezd v Mliečnej dráhe, založenej na dostatočne veľkom súbore údajov. Zistenie astronómov ukázalo, že pohyb hviezd v galaxii nie je len jednoduchým "unášaním sa" v ramenách galaxie, je podstatne viac turbulentné, chaotické, než sa predpokladalo. Pod chaosom sa samozrejme rozumie nie to, že hviezdy sa pohybujú, ako ich napadne, ale to, že ich vzájomné pôsobenie je tak prepletené a citlivé i na tie najmenšie zmeny, že je mimoriadne ťažké predvídať ich pohyb danou presnosťou na dlhšiu dobu.

Neznámy domov
Domov je väčšinou miesto, ktoré najlepšie poznáme. V prípade Mliečnej dráhy je to ale inak. Naše vedomosti o galaxii, ktorej sme súčasťou, a ktorá nás obklopuje zo všetkých strán, boli do nedávna neúplné a trpeli veľkými nedostatkami - čo je horšie boli ovplyvnené mnohými predsudkami. Výber hviezd, ktoré sa pozorovali sa dial podľa toho či onoho pravidla "zaujímavosti" a nie podľa hlbšieho systému, či typizácie. To spôsobilo určitú medzeru v poznaní vývoja Mliečnej dráhy.
Mliečna dráha začala svoju existenciu hneď po Veľkom tresku ako rozptýlená bublina plynu skladajúca sa z väčšej časti z vodíka a hélia. Plynutím času sa sformovala do plochej špirálovitej galaxie, v ktorej sa nachádza aj náš domov. Generáciu za generáciou sa rodili a umierali hviezdy v tejto galaxii, vrátane zrodu nášho Slnka pred 4,7 miliónmi rokmi.
Ale ako sa to v skutočnosti stalo? Bol to rýchly proces? Bolo to búrlivé, alebo kľudné dianie? Kde sa vzali všetky ťažké prvky? Ako sa menilo zloženie a tvar Mliečnej dráhy v minulosti? Odpoveď na tieto a podobné otázky predstavujú horúce témy pre astronómov, zaoberajúcich sa so zrodom a vývojom Mliečnej dráhy ale aj iných galaxií.
Po pätnásťročnom maratóne zberu údajov, skupina vedcov z Dánska, Švajčiarska a Švédska dala odpovede na niektoré z týchto otázok.
Pracovný tím strávil viac ako 1000 nocí pozorovaním počas 15-ich rokov pomocou 1,5 metrového dánskeho teleskopu Európskeho južného observatória (European Southern Observatory - ESO) v La Silla (Chile) a 1 metrového švajčiarskeho teleskopu vo hvezdárni Observatoire de Haute-Provence (Francúzsko). Doplňujúce pozorovania sa vykonali aj v Harvard-Smithsonovom stredisku pre astrofyziku v USA. Pozorovalo sa 14 000 hviezd (typu F a G, teda podobných nášmu Slnku) a pozorovania sa opakovali v priemere štyrikrát, čo znamená celkom 63 000 pozorovaní! Pozorovania pozostávali z určenia vzdialenosti, rýchlosti voči rotujúcej Mliečnej dráhe, chemického zloženia, veku a podobne. Zaujímavým zistením je, že skoro jedna tretina všetkých týchto hviezd tvoria dvojhviezdy, alebo viacnásobné sústavy. O dvojhviezde hovoríme, ak gravitačné pôsobenie medzi dvojicou hviezd ich udržuje na spoločnej trajektórii, pričom obiehajú spoločné ťažisko. Vo viacnásobných sústavách je takých hviezd viac ako dve. Je to zase len olej na oheň zástancov hypotézy Nemezis, ktorý tvrdia, že Slnko má svojho súputníka, ktorý je ale vyhaslá hviezda a obiehajú spoločné ťažisko na pretiahnutej eliptickej dráhe. Vždy, keď sa priblíži k Slnku, vychýli svojim gravitačným pôsobením z Oortoho mraku veľké množstvo telies rôznej veľkosti, ktoré preniknú do vnútornej slnečnej sústavy skrižujúc dráhu planét. Ich zrážky s planétami vedú ku globálnym katastrofám, ktoré sa opakujú cyklicky, periódou návratu mŕtvej hviezdy (Nemezis je bohom pomsty v mytológii severských národov).
 

Na obrázku vyššie umelcova predstava o pohybu nášho Slnka a jeho hviezdneho okolia (žltý bod) na dráhe okolo centra Mliečnej dráhy

Sen sa stáva skutočnosťou

Veľký súbor pozorovaní dodáva dlho hľadané chýbajúce kúsky k rozriešeniu záhad a k získaniu jasnejšej predstavy o vývoji hviezdneho okolia nášho Slnka. Samotný projekt sa začal rysovať pred dvadsiatimi rokmi ako naplnenie dávneho sna dánskeho astronóma Bengta Strömgrena (1908-1987), ktorý podnecoval výskum histórie vývoja Mliečnej dráhy a systematického výskumu jeho hviezd. V 50-ych rokoch vypracoval veľmi účinný systém určenia chemického zloženia a veku hviezd pomocou pozorovaní v určitých spektrálnych oblastiach svetla.
Ďalší krok urobil iný dánsky astronóm, Erik Heyn Olsen (1980) rozpracovaním metódy merania intenzity žiarenia hviezd vo vybraných spektrálnych pásmach (pre hviezd z triedy A, F a G).
Ďalším krokom boli merania uskutočnené satelitom Hipparcos (ktorú vypustila Európska vesmírna agentúra ESA), ktoré určili presné vzdialenosti a relatívne rýchlosti v rovine oblohy (zdanlivý pohyb voči pozadiu).
Chýbajúcim článkom zostalo určenie tzv. radiálnej rýchlosti hviezd, tj. rýchlosti, ktorou sa vzďaľujú, alebo približujú k Zemi (inými slovami pozdĺž priamky, ktorá spája hviezdu so Zemou). Tieto rýchlosti boli určené spomínaným tímom astronómov, ktorí zmerali Dopplerovský červený posun spektrálnych čiar typických pre chemické zloženie pozorovaných hviezd.

Trajektória hviezd v Mliečnej dráhe

Pomocou získaných údajov mohli astronómovia určiť pohyb hviezd v minulosti a taktiež predpovedať ich pohyb v budúcnosti. Prvotný rozbor údajov ukazuje, že molekulárne mraky, špirálovité ramená, čierne diery aj centrálna oblasť galaxie silne ovplyvňujú pohyb hviezd počas celej existencie diskovitej Mliečnej dráhy.
Ukazuje sa, že vývoj Mliečnej dráhy bol podstatne zložitejší a chaotickejší, než sa doteraz tradične predpokladalo. Výbuchy supernov, "vpády" mohutných plynových mračien urobili Mliečnu dráhu skutočne miestom k zamilovaniu.

Animácia pohybu hviezd okolo galaktického centra. Znázornené hviezdy (červené body) tvoriaca dnešné blízke okolie Slnka. Animácia začína približne pred 250 miliónmi rokov a ukazuje, odkiaľ sa dostali hviezdy do blízkeho okolia Slnka. 250 miliónov rokov je doba, za ktorú Slnko obehne galaktické centrum raz. Podobne by sme mohli v animácii pokračovať a vidieť, kam sa až dostanú za ďalších 250 miliónov rokov.
 

Pohľad prostredníctvom Hubblovho vesmírneho teleskopu: prostredné teleso je Supernova 1987A. táto hviezda vzdialená 170 000 svetelných rokov, explodovala v roku 1987. Prstenec plynov sa vytvoril už skôr.

 Hubbleov teleskop(dole), pripravený na vynesenie do vesmíru v roku 1990. Teleskop využíva k pozorovaniu vesmíru zrkadlo(vľavo) s priemerom 2,4 metra.

Časť nočnej oblohy, na ktorej vidíme rôzne štádiá životnosti hviezd. Niektoré z hviezd môžeme pozorovať dokonca voľným okom. Pozorovateľovi na južnej pologuli sa bude obloha javiť obrátene.