Trăim în interiorul galaxiei Calea Lactee, iar asta este o problemă.
Pentru oamenii de știință, adică, care vor să înțeleagă cât de mare este galaxia noastră. Este greu de răspuns la această întrebare! Pentru că ne aflăm în interiorul ei, de exemplu, o mare parte din ea este blocată la vedere de nori opaci de praf. De asemenea, poate fi dificil să ne dăm seama de amploarea și forma unui obiect în interiorul căruia ne aflăm. Dacă vă aflați într-o cameră în interiorul unei case, cum vă puteți da seama cât de mare este casa?
Din fericire, natura oferă indicii. Vedem o bandă neclară de lumină pe cer și o numim Calea Lactee – este de fapt lumina combinată a miliarde de stele îndepărtate. Este o linie groasă, iar asta ne spune că o mare parte din galaxie este plată: Ne aflăm în interiorul unui disc gros de stele, așa că îl vedem proiectat ca un flux de lumină pe cer.
De asemenea, putem vedea o umflătură de stele în mijloc, care este reală. Brațele spiralate din disc sunt mai greu de detectat, dar observațiile radio le arată clar și ne permit să cartografiem forma și structura galaxiei clare până în partea cealaltă. Observând stelele care își schimbă luminozitatea într-un mod previzibil, putem măsura forma și întinderea discului, descoperind că acesta este deformat (ca marginea unui fedora) și are un diametru de 120.000 de ani-lumină – 120 de cvadrilioane de kilometri!
Deformația Căii Lactee este evidentă atunci când locațiile stelelor Cefeide sunt cartografiate pe o hartă a galaxiei văzute de la margine. Ecarisarea (îngroșarea discului odată cu distanța față de centru) este, de asemenea, evidentă. Credit: J. Skowron / OGLE / Observatorul Astronomic, Universitatea din Varșovia
Știm, de asemenea, că galaxiile ca a noastră sunt înconjurate de un halo imens de stele, precum și de materie întunecată. Aceasta din urmă este compusă din nu știm ce, probabil o formă exotică de particule subatomice, care exercită o influență asupra galaxiei prin intermediul gravitației. Ca masă, aceasta depășește cu mult ceea ce numim materie „normală” (deși, dacă stai să te gândești, dacă există mai multă materie întunecată acolo, atunci aceasta ar trebui să fie ceea ce numim normal), probabil de un factor de cinci sau mai mult.
Dar cât de mare este acest halo? Este de departe cea mai mare structură din galaxia noastră și, fără îndoială, definește cât de mare este cu adevărat Calea Lactee, dar este extrem de întunecată sau invizibilă pentru ochii noștri, așa că este greu să ne dăm seama de mărimea ei.
Structura Căii Lactee: Un disc aplatizat cu brațe spiralate (văzute față în față, în stânga, și pe margine, în dreapta), cu un bulgăre central, un halo și peste 150 de roiuri globulare. Este indicată poziția Soarelui la jumătatea distanței. Credit: Stânga: NASA/JPL-Caltech; dreapta: ESA; layout: ESA/ATG medialab
O echipă de astronomi a abordat recent această problemă. Aceștia au folosit modele computerizate ale modului în care galaxiile se formează și evoluează pentru a vedea dacă haloul unei galaxii precum Calea Lactee are o margine naturală, ceva în care se poate planta un semn și spune „Aici se termină galaxia”. Nu este atât de simplu – halourile tind să se estompeze treptat în loc să se oprească brusc – dar, folosind atât aceste modele, cât și observațiile galaxiilor mai mici din jurul nostru, au descoperit că haloul Căii Lactee se extinde până la 950.000 de ani lumină de la centru, ceea ce înseamnă că galaxia noastră are un diametru dublu: 1,9 milioane de ani lumină.
O notă de precauție, totuși; incertitudinea în această privință este de aproximativ ±200.000 de ani lumină. Nu este precisă. Dar atunci, așa cum am spus mai sus, ei nu măsoară cu adevărat o margine.
De asemenea, modul în care a fost realizat acest lucru a fost interesant. La începuturile Universului, galaxiile s-au format din nori de gaz și materie întunecată. În cea mai mare parte, toată această materie era împrăștiată, dar existau locuri locale care aveau o densitate mai mare, astfel încât materia ar fi gravitat (literalmente) spre acele locuri. Odată ce s-a format un nucleu de materie, materia de la o distanță mai mare ar fi căzut înăuntru, apoi materia de la o distanță mai mare, și așa mai departe. Este un proces de la interior la exterior.
Haloul s-ar fi format din material destul de îndepărtat. Acesta ar cădea spre galaxia în curs de formare, iar o mare parte din el s-ar balansa din nou spre exterior. Acest lucru formează două feluri de margini ale haloului. Una se numește marginea „splashback”, unde materialul ar cădea în interiorul haloului și apoi s-ar întoarce din nou în exterior; unde încetinește până la o oprire definește acea regiune. Materia se îngrămădește acolo pentru că se mișcă încet și, astfel, chiar în afara ei, se înregistrează o scădere mare a densității.
O altă margine este mai aproape de centru și se numește „a doua caustică”. Acesta este locul unde materialul a căzut în jurul galaxiei de câteva ori și s-a stabilizat puțin (ceea ce astronomii numesc material „virializat”). Oamenii de știință din această nouă lucrare au folosit această a doua pentru a calcula dimensiunea Căii Lactee, deoarece cea exterioară tinde să se suprapună cu halourile altor galaxii (cum ar fi Andromeda, care se află la 2,5 milioane de ani lumină distanță) și, de asemenea, pentru că au descoperit că această distanță funcționează atât la modelarea materiei întunecate, cât și a stelelor.
Ei au analizat, de asemenea, comportamentul galaxiilor pitice din Grupul nostru Local de galaxii și au descoperit că cele mai apropiate de Calea Lactee decât această a 2-a caustică tind să se deplaseze prin spațiu cu o viteză diferită față de cele mai îndepărtate. Ei comentează că aceasta poate fi o coincidență, dar ar putea fi și o relație fizică pe care o au cu Calea Lactee din punct de vedere gravitațional. Dacă este așa, este o dovadă în plus că aceasta este o alegere bună pentru limită.
Deci, iată. Trăim pe o planetă care orbitează în jurul unei stele aflate la aproximativ 40% din distanța dintre centru și marginea discului într-o galaxie spirală cu un halo mult mai mare care se întinde pe aproape două milioane de ani lumină. Nu este cea mai mare galaxie pe care o cunoaștem, dar nici nu este una la care să strănuți.