A Tejútrendszer galaxisában élünk, és ez probléma.
A tudósok számára, akik meg akarják érteni, hogy mekkora a galaxisunk. Erre nehéz válaszolni! Mivel a belsejében vagyunk, például a galaxis nagy részét átláthatatlan porfelhők takarják el a kilátás elől. Emellett nehéz lehet megítélni egy olyan objektum kiterjedését és alakját, amelynek a belsejében vagyunk. Ha egy ház belsejében lévő szobában vagyunk, honnan tudjuk megmondani, mekkora a ház?
A természet szerencsére ad támpontokat. Látunk egy homályos fénysávot az égbolton, amit Tejútnak nevezünk – ez valójában távoli csillagok milliárdjainak együttes fénye. Ez egy vastag vonal, és ez azt mondja nekünk, hogy a galaxis nagy része lapos: Egy vastag csillagkorongon belül vagyunk, így azt fényfolyamként vetítve látjuk az égbolton.
Egy csillagokból álló dudort is látunk középen, ami valódi. A korongban lévő spirálkarokat nehezebb észlelni, de a rádiómegfigyelések világosan megmutatják őket, és lehetővé teszik számunkra, hogy a galaxis alakját és szerkezetét tisztán feltérképezzük a másik oldalra. A fényességüket kiszámítható módon változtató csillagok megfigyelésével meg tudjuk mérni a korong alakját és kiterjedését, és megállapíthatjuk, hogy az görbült (mint a fedora karimája), és 120 000 fényév átmérőjű – 120 kvadrillió kilométer!”
A Tejútrendszer görbülete nyilvánvaló, ha a Cepheid-csillagok helyét a galaxis szélein látható térképhez viszonyítjuk. A flaring (a korong megvastagodása a középponttól való távolsággal) is nyilvánvaló. Credit: J. Skowron / OGLE / Csillagászati Obszervatórium, Varsói Egyetem
Azt is tudjuk, hogy a miénkhez hasonló galaxisokat csillagokból, valamint sötét anyagból álló hatalmas haló veszi körül. Ez utóbbi nem tudjuk miből áll, valószínűleg a szubatomi részecskék egy egzotikus formájából, amely a gravitáción keresztül gyakorol hatást a galaxisra. Tömegét tekintve messze meghaladja azt, amit mi “normális” anyagnak nevezünk (bár, ha belegondolunk, ha több sötét anyag van odakint, akkor annak kellene lennie annak, amit normálisnak nevezünk), valószínűleg legalább ötszörösével.
De mekkora ez a halo? Ez messze a legnagyobb struktúra a galaxisunkban, és vitathatatlanul meghatározza, hogy a Tejútrendszer valójában mekkora, de rendkívül halvány vagy láthatatlan a szemünk számára, így a méretének meghatározása nehéz.
A Tejútrendszer szerkezete: Lapos korong, spirálkarokkal (balról nézve szemből, jobbról nézve szemből), központi dudorral, glóriával és több mint 150 gömbhalmazzal. A Nap helye körülbelül félúton van feltüntetve. Hitel: balra: NASA/JPL-Caltech; jobbra: ESA; elrendezés: ESA/ATG medialab
A csillagászok egy csoportja nemrég foglalkozott ezzel a kérdéssel. A galaxisok kialakulásának és fejlődésének számítógépes modelljeit használták arra, hogy megnézzék, van-e egy olyan galaxis halójának, mint a Tejútrendszer, egy természetes széle, valami, ahová ki lehet tenni egy táblát, és azt mondani: “Itt ér véget a galaxis”. Ez nem ilyen egyszerű – a halók hajlamosak fokozatosan elhalványulni ahelyett, hogy keményen megállnának -, de mind e modelleket, mind a körülöttünk lévő kisebb galaxisok megfigyeléseit felhasználva azt találták, hogy a Tejútrendszer halója 950 000 fényévre terjed ki a középponttól, ami azt jelenti, hogy a mi galaxisunk kétszer akkora átmérőjű: 1,9 millió fényév.
Ezzel kapcsolatban azonban óvatosan kell fogalmazni: a bizonytalanság körülbelül ±200 000 fényév. Ez nem pontos. De aztán, ahogy fentebb mondtam, nem igazán mérnek peremet.
Az is érdekes, ahogyan ezt csinálták. Az Univerzum kezdeti időszakában a galaxisok gázfelhőkből és sötét anyagból alakultak ki. Többnyire ez az anyag mind szétterült, de voltak olyan helyi helyek, ahol nagyobb volt a sűrűség, így az anyag (szó szerint) oda gravitált. Amint kialakult egy anyagmag, a távolabbi anyag belezuhant, majd a távolabbi anyag is, és így tovább. Ez egy belülről kifelé irányuló folyamat.
A glória elég messze lévő anyagból alakulna ki. Ez a születő galaxis felé esne, és egy nagy része ismét kifelé lendülne. Ez kétféleképpen két szélét képezi a halónak. Az egyiket “splashback” szélnek hívják, ahol az anyag a halóból hullana befelé, majd újra vissza kifelé; ahol lelassulva megállna, az határozza meg azt a régiót. Az anyag ott halmozódik fel, mert lassan mozog, és így azon kívül nagy sűrűségcsökkenés következik be.
A másik perem közelebb van a középponthoz, és “2. kausztikusnak” nevezik. Ez az a hely, ahol az anyag már néhányszor körbeesett a galaxis körül, és egy kicsit lecsillapodott (amit a csillagászok “virializált” anyagnak neveznek). A tudósok ebben az új munkában ezt a másodikat használták a Tejútrendszer méretének kiszámításához, mert a külső hajlamos átfedni más galaxisok halóival (például az Andromédával, amely 2,5 millió fényévre van), és azért is, mert azt találták, hogy ez a távolság egyaránt működik a sötét anyag és a csillagok modellezésekor.
A galaxisok Helyi Csoportjában lévő törpegalaxisok viselkedését is megvizsgálták, és azt találták, hogy azok, amelyek közelebb vannak a Tejútrendszerhez, mint ez a 2. kausztikus, hajlamosak más sebességgel mozogni a térben, mint a távolabbiak. Megjegyzik, hogy ez lehet véletlen, de az is lehet, hogy fizikai kapcsolatuk van a Tejútrendszerrel gravitációs szempontból. Ha így van, akkor ez újabb bizonyíték arra, hogy ez egy jó választás a határértéknek.
Szóval tessék. Egy bolygón élünk, amely egy olyan csillag körül kering, amely a középponttól a korong széléig vezető út kb. 40%-át teszi meg egy spirálgalaxisban, amelynek sokkal nagyobb halója közel kétmillió fényévre terjed ki. Nem a legnagyobb galaxis, amit ismerünk, de nem is olyan, amitől félni kellene.