Me elämme Linnunradan sisällä, ja se on ongelma.
Tiedemiehille, jotka haluavat ymmärtää, kuinka suuri galaksimme on. Tuohon on vaikea vastata! Koska olemme sen sisällä, esimerkiksi suuri osa siitä on näkymättömissä läpinäkymättömien pölypilvien peittämänä. Lisäksi voi olla vaikeaa saada käsitystä sen kohteen laajuudesta ja muodosta, jonka sisällä ollaan. Jos olet huoneessa talon sisällä, mistä tiedät, kuinka suuri talo on?
Onneksi luonto antaa vihjeitä. Näemme sumean valokaistaleen taivaalla ja kutsumme sitä Linnunradaksi – se on itse asiassa miljardien kaukana olevien tähtien yhdistettyä valoa. Se on paksu viiva, ja se kertoo meille, että suuri osa galaksista on litteä: Olemme paksun tähtikiekon sisällä, joten näemme sen heijastuvan valovirtana taivaan poikki.
Näemme myös keskellä olevan tähtien pullistuman, joka on todellinen. Kiekon sisällä olevia spiraalihaaroja on vaikeampi havaita, mutta radiohavainnot näyttävät ne selvästi, ja niiden avulla voimme kartoittaa galaksin muodon ja rakenteen selvästi toiselle puolelle. Tarkastelemalla tähtiä, joiden kirkkaus muuttuu ennustettavalla tavalla, voimme mitata kiekon muodon ja laajuuden ja havaita, että se on poimuttunut (kuin fedoran reunus) ja että sen läpimitta on peräti 120 000 valovuotta – 120 kvadriljoonaa kilometriä!
Linnunradan poimuttuneisuus näkyy selvästi, kun kefeiditähtien sijainnit kartoitetaan galaksin karttaa vasten laidasta laitaan nähtynä. Myös leimahdus (kiekon paksuuntuminen etäisyyden kasvaessa keskustasta) on ilmeinen. Credit: J. Skowron / OGLE / Astronomical Observatory, University of Warsaw
Tiedämme myös, että oman galaksimme kaltaisia galakseja ympäröi valtava halo tähtiä sekä pimeää ainetta. Jälkimmäinen koostuu ties mistä, luultavasti subatomisten hiukkasten eksoottisesta muodosta, joka vaikuttaa galaksiin painovoiman kautta. Massaltaan se on paljon suurempi kuin se, mitä kutsumme ”normaaliksi” aineeksi (vaikka jos ajatellaan, että jos siellä on enemmän pimeää ainetta, sen pitäisi olla sitä, mitä kutsumme normaaliksi), luultavasti vähintään viisinkertaisesti.
Mutta kuinka suuri tämä halo on? Se on ylivoimaisesti suurin rakenne galaksissamme, ja määrittelee kiistatta sen, kuinka suuri Linnunrata todella on, mutta se on äärimmäisen hämärä tai näkymätön silmillemme, joten sen koon saaminen on vaikeaa.
Maidonradan rakenne: Litteä kiekko, jossa on spiraalihaaroja (kuvassa kasvot menosuuntaan, vasemmalla, ja reuna menosuuntaan, oikealla), ja jossa on keskeinen pullistuma, halo ja yli 150 pallopilariyhtymää. Auringon sijainti noin puolivälissä on merkitty. Luotto: Vasemmalla: NASA/JPL-Caltech; oikealla: ESA; ulkoasu: ESA/ATG medialab
Tähtitieteilijäryhmä tarttui hiljattain tähän ongelmaan. He käyttivät tietokonemalleja siitä, miten galaksit muodostuvat ja kehittyvät, nähdäkseen, onko Linnunradan kaltaisen galaksin halolla luonnollinen reuna, jokin, johon voi asettaa kyltin ja sanoa: ”Tässä galaksi päättyy”. Asia ei ole näin yksinkertainen – haloilla on taipumus hiipua vähitellen sen sijaan, että ne pysähtyisivät jyrkästi – mutta käyttämällä sekä näitä malleja että havaintoja meitä ympäröivistä pienemmistä galakseista he havaitsivat, että Linnunradan halo ulottuu 950 000 valovuoden päähän keskuksesta, mikä tarkoittaa, että meidän galaksimme on kaksi kertaa niin laaja: 1,9 miljoonaa valovuotta.
Varoitus kuitenkin: epävarmuus tästä on noin ±200 000 valovuotta. Se ei ole tarkka. Mutta sitten, kuten edellä sanoin, he eivät oikeastaan mittaa reunaa.
Myös tapa, jolla tämä tehtiin, oli mielenkiintoinen. Maailmankaikkeuden alkuaikoina galaksit muodostuivat kaasupilvistä ja pimeästä aineesta. Useimmiten tämä aine oli kaikki levinnyt, mutta oli paikallisia paikkoja, joissa oli korkeampi tiheys, joten aine (kirjaimellisesti) painautui sinne päin. Kun aineesta oli muodostunut ydin, sinne putosi ainetta kauempaa, ja sitten ainetta kauempaa, ja niin edelleen. Se on prosessi sisältä ulospäin.
Halo muodostuisi melko kaukana olevasta materiaalista. Se putoaisi kohti syntyvää galaksia, ja suuri osa siitä heilahtaisi takaisin ulos. Tämä muodostaa haloon kaksi eräänlaista reunaa. Toista kutsutaan ”splashback”-reunaksi, jossa ainetta putoaisi halosta sisään ja sitten takaisin ulos; jossa se hidastuisi pysähtyen määrittelee tuon alueen. Aine kasaantuu sinne, koska se liikkuu hitaasti, joten sen ulkopuolella tiheys laskee huomattavasti.
Toinen reuna on lähempänä keskustaa, ja sitä kutsutaan ”toiseksi kaustiseksi”. Tämä on paikka, jossa materiaali on pudonnut galaksin ympäri pari kertaa ja hieman rauhoittunut (mitä tähtitieteilijät kutsuvat ”virialisoituneeksi” materiaaliksi). Tässä uudessa työssä tutkijat käyttivät tuota toista kaustista Linnunradan koon selvittämiseen, koska ulommalla kaustilla on taipumus mennä päällekkäin muiden galaksien halojen kanssa (kuten Andromedan, joka on 2,5 miljoonan valovuoden päässä), ja myös siksi, että he huomasivat, että tämä etäisyys toimii sekä pimeän aineen että tähtien mallintamisessa.
He tarkastelivat myös Paikallisessa galaksiryhmässämme olevien kääpiögalaksien käyttäytymistä ja havaitsivat, että ne, jotka ovat lähempänä Linnunrataa kuin tämä 2. kaustinen, pyrkivät liikkumaan avaruudessa eri nopeudella kuin kauempana olevat. He kommentoivat, että tämä voi olla sattumaa, mutta se voi johtua myös fyysisestä suhteesta, joka niillä on Linnunradan kanssa gravitaatiossa. Jos näin on, se on lisää todisteita siitä, että tämä on hyvä valinta raja-arvoksi.
Se on siis siinä. Elämme planeetalla, joka kiertää tähteä, joka on noin 40% matkasta keskipisteestä kiekon reunaan spiraaligalaksissa, jolla on paljon suurempi halo, joka ulottuu lähes kahden miljoonan valovuoden päähän. Se ei ole suurin tuntemamme galaksi, mutta ei myöskään mikään niiskutettava.