Žijeme uvnitř galaxie Mléčná dráha, a to je problém.
Tedy pro vědce, kteří chtějí zjistit, jak velká je naše galaxie. Na to je těžké odpovědět! Protože se nacházíme uvnitř, například velkou část z ní blokují před pohledem neprůhledná oblaka prachu. Také může být obtížné zjistit rozsah a tvar objektu, v němž se nacházíme. Jste-li v místnosti uvnitř domu, jak můžete zjistit, jak je dům velký?“
Naštěstí příroda poskytuje vodítka. Na obloze vidíme rozmazaný světelný pás a říkáme mu Mléčná dráha – ve skutečnosti je to spojené světlo miliard vzdálených hvězd. Je to tlustá čára, a to nám říká, že velká část galaxie je plochá:
Vidíme také výduť hvězd uprostřed, která je skutečná. Spirální ramena v disku je obtížnější odhalit, ale rádiová pozorování je jasně ukazují a umožňují nám zmapovat tvar a strukturu galaxie jasně na druhou stranu. Pozorováním hvězd, které mění jasnost předvídatelným způsobem, můžeme změřit tvar a rozsah disku a zjistit, že je zdeformovaný (jako okraj fedoáru) a má průměr neuvěřitelných 120 000 světelných let – 120 kvadrilionů kilometrů!“
Deformace Mléčné dráhy je zřejmá, když polohy cefeid zmapujeme na mapě galaxie viděné z okraje. Zřejmý je také flaring (zhušťování disku se vzdáleností od středu). Kredit: J. Skowron / OGLE / Astronomická observatoř Varšavské univerzity
Víme také, že galaxie, jako je ta naše, jsou obklopeny obrovským halo hvězd a také temnou hmotou. Ta se skládá z nevíme čeho, pravděpodobně z exotické formy subatomárních částic, která působí na galaxie prostřednictvím gravitace. Hmotností daleko převyšuje to, čemu říkáme „normální“ hmota (i když, když se nad tím zamyslíte, pokud je tam venku více temné hmoty, pak by to mělo být to, čemu říkáme normální), pravděpodobně pětkrát nebo více.
Ale jak velké je toto halo? Je to zdaleka největší struktura v naší galaxii a pravděpodobně určuje, jak velká Mléčná dráha skutečně je, ale je mimořádně slabá nebo pro naše oči neviditelná, takže zjistit její velikost je obtížné.
Struktura Mléčné dráhy: Zploštělý disk se spirálními rameny (při čelním pohledu vlevo a při okrajovém pohledu vpravo), s centrální výduťí, halo a více než 150 kulovými hvězdokupami. Je vyznačena poloha Slunce přibližně v polovině vzdálenosti. Kredit: vlevo: NASA/JPL-Caltech; vpravo: ESA; layout: ESA/ATG medialab
Tým astronomů se nedávno zabýval tímto problémem. Použili počítačové modely vzniku a vývoje galaxií, aby zjistili, zda má halo galaxie, jako je Mléčná dráha, přirozený okraj, tedy něco, kam lze zasadit ceduli a říci: „Tady končí galaxie“. Není to tak jednoduché – halo mají tendenci postupně mizet, místo aby se pevně zastavily – ale pomocí těchto modelů i pozorování menších galaxií v našem okolí zjistili, že halo Mléčné dráhy sahá až do vzdálenosti 950 000 světelných let od středu, což znamená, že naše galaxie má dvakrát větší průměr:
Upozornění: nejistota tohoto údaje je asi ±200 000 světelných let. Není to přesné. Ale pak, jak už jsem řekl výše, ve skutečnosti neměří okraj.
Zajímavý byl také způsob, jakým to bylo provedeno. Ještě v počátcích vesmíru se galaxie tvořily z oblaků plynu a temné hmoty. Většinou byla tato hmota rozptýlená, ale existovala lokální místa, která měla vyšší hustotu, takže materiál k nim (doslova) gravitoval. Jakmile se vytvořilo jádro materiálu, propadl se do něj materiál ze vzdálenějších oblastí a pak materiál ještě vzdálenější a tak dále. Je to proces zevnitř ven.
Halo by se vytvořilo z materiálu dost daleko. Padal by směrem k rodící se galaxii a velká část by se zase vychýlila zpět ven. Tím se vytvoří dva jakési okraje hala. Jeden se nazývá „zpětný okraj“, kde by materiál padal z hala dovnitř a pak zase zpět ven; kde by se zpomalil a zastavil, vymezuje tuto oblast. Hmota se tam hromadí, protože se pohybuje pomalu, a tak těsně za tímto okrajem dochází k velkému poklesu hustoty.
Druhý okraj je blíže ke středu a nazývá se „druhý kaustický“. Je to místo, kde materiál několikrát propadl kolem galaxie a trochu se usadil (astronomové tomu říkají „virializovaný“ materiál). Vědci v této nové práci použili tuto druhou k určení velikosti Mléčné dráhy, protože ta vnější má tendenci překrývat se s halo z jiných galaxií (například Andromedy, která je vzdálená 2,5 milionu světelných let) a také proto, že zjistili, že tato vzdálenost funguje jak při modelování temné hmoty, tak hvězd.
Zkoumali také chování trpasličích galaxií v naší Místní skupině galaxií a zjistili, že ty, které jsou blíže Mléčné dráze než tato 2. kausa, mají tendenci pohybovat se vesmírem jinou rychlostí než ty vzdálenější. Komentují to jako náhodu, ale může jít také o fyzikální vztah, který mají s Mléčnou dráhou gravitační. Pokud je tomu tak, je to další důkaz, že je to dobrá volba pro mezní hodnotu.
Takže tak. Žijeme na planetě obíhající kolem hvězdy, která se nachází asi na 40 % cesty od středu k okraji disku ve spirální galaxii s mnohem větším halo, které se rozprostírá na ploše téměř dvou milionů světelných let. Není to největší galaxie, jakou známe, ale není to ani galaxie, která by stála za řeč.