Крупнейшая газовая структура в нашей галактике

Астрономы обнаружили крупнейшую газовую структуру в Млечном Пути — протяжённостью 9000 и с поперечными размерами 400 световых лет. Она объединяет множество областей образования современных звёзд и выглядит как трёхмерная волна, проходящая по диску нашей Галактики и выходящая на своих гребнях на 500 световых лет за его пределы. Мы наблюдаем ближайшие к Солнечной системе сегменты этой волны в виде протяжённой области из ярких звёзд, пересекающей под косым углом дугу Млечного Пути и известной под названием пояса Гулда.


Структуру, названную «Волной Рэдклиффа» (Radcliffe wave), удалось обнаружить по данным космического телескопа Gaia Европейского космического агентства (ESA). Она содержит области интенсивного формирования ярких и недолгоживущих звёзд (бело-голубых звёзд классов OB), а также многочисленные молекулярные и пылевые облака, обнаруживаемые в разных спектральных диапазонах. Поскольку Солнечная система находится совсем близко к её активным областям, ранее её как целостный объект выделить не удавалось: с нашей точки зрения эта волна закрывает почти половину звёздного неба. Зато «пояс Гулда» — как теперь представляется, небольшая ближайшая к нам часть этой галактической синусоидальной структуры — хорошо известен астрономам, его исследуют уже на протяжении 150 лет. Статья об «открытии» за ним волны существенно больших размеров вышла в начале января в Nature.

Этим выводам предшествовала длительная работа по составлению и публикации каталога расстояний до ближайших объектов нашей Галактики — звёзд и молекулярных облаков на основании выпуска данных Gaia DR2. Авторы серии статей — астрономы из Гарвардского университета и других исследовательских центров США.

Пояс Гулда (Gould belt) — расширяющееся незамкнутое кольцо или диск из молодых звёзд, межзвёздного газа и космической пыли в космических окрестностях Солнца. Кольцо наклонено к плоскости нашей Галактики под углом 20° и его ширина примерно 3000 световых лет. Вся структура вращается в направлении вращения вещества в Галактике, и её объекты разлетаются в разных направлениях. Солнце расположено на расстоянии 300 световых лет от центра кольца и со смещением 40 св. лет по отношению к его плоскости. Эта структура образовалась, вероятно, 30—50 миллионов лет назад. Её можно видеть и без телескопа, правда, как цельное образование она лучше проявляется в южном небе. Одна из наиболее узнаваемых областей, входящих в пояс — видимая невооружённым глазом туманность Ориона. Ещё в середине XIX века было обнаружено, что яркие звёзды на небе образуют пояс, наклонённый по отношению к характерной дуге Млечного Пути (это плоскость нашей Галактики). С того времени пояс Гулда представляет особый интерес для астрономов как структура, определяющая наше ближайшее звёздное окружение.


Изначально астрофизики пытались составить подробную трёхмерную карту объектов пояса Гулда (звёзд, молекулярных облаков и других объектов), используя данные космического телескопа Gaia и современные техники развёртки трёхмерных изображений и обработки данных. Такую задачу давно решали и другие группы. В частности, поскольку для полной картины нужны распределения не только звёзд, но и межзвёздной пыли и газа, оказались необходимы исследования в инфракрасном и ещё более длинноволновых диапазонах. Поэтому в программе картирования задействован инфракрасный космический телескоп Spitzer и аналогичные наземные обсерватории. В отличие от звёзд, пространственное положение облаков межзвёздной плазмы размером в сотни световых лет определить гораздо сложнее, и для этого используются косвенные данные по поглощению света от «фоновых» звёзд в сочетании с алгоритмами обработки потока данных от космического телескопа, составляющими ноу-хау исследовательского коллектива. Адекватная трёхмерная картина структуры получается только при нанесении на один рисунок видимых объектов (звёзд) и многочисленных «невидимых» облаков.


Такое подробное картирование элементов пояса Гулда показало, что он является частью более крупной галактической структуры с размерами порядка 10 000 световых лет, названной волной Рэдклиффа, и мы наблюдаем вблизи один из «гребней» этой волны, ближайший к Солнцу. То есть заметная на небе «дуга» — это проекция такой синусоиды на небесную сферу, видимая с нашей позиции. Волна Рэдклиффа выглядит как отрог локального спирального рукава Галактики. Предполагают, что волна затухает со временем и возникла 50-60 миллионов лет назад как импульс в результате столкновения этой части Галактики с неким массивным объектом, например крупным газопылевым облаком (говорят даже о «сгустке тёмной материи», но проверить такое утверждение пока возможным не представляется). Солнце 13 миллионов лет назад оказалось на пути этой волновой структуры, и пересечёт её снова через такое же время. Однако геологические свидетельства последствий такого столкновения в прошлом пока неизвестны: мы не знаем о массовом вымирании каких-либо видов или особых природных катаклизмах, происшедших именно в ту эпоху.

Возможны и другие сценарии возникновения структуры. Например, это может быть аккреция газа из галактического гало, с действием приливных сил со стороны Галактики. Не исключено также, что структура — это вид спирального рукава Галактики «вблизи». В любом случае Солнечная система в нашу эпоху находится среди активной области формирования массивных и короткоживущих звёзд, часть из которых закончат свою эволюцию взрывом Сверхновой. Дальнейшие направления работы — поиск подобных образований в других частях Галактики, а также исследование движения молодых звёзд, сформировавшихся в рамках этой структуры, поскольку они на первых порах наследуют динамические параметры исходного облака.



Спиральные рукава Галактики — тоже волны сгущения материи, видимые только издали. Их вращение вокруг центра не равнозначно движению по Галактике звёзд и других объектов. Это проще вообразить как бегущие волны на воде — волна может распространяться с некоторой скоростью, в то время как водная масса и мусор на поверхности совершают колебания, но остаются почти на месте.


Ситуация с «поясом Гулда» напоминает положение дел с исследованием топографии нашей Галактики. Мы пытаемся нарисовать её карту, находясь внутри, примерно в средней части галактического диска и наблюдая её «с ребра». Уверенно фиксировать мы можем только проекцию космических объектов на поверхность небесной сферы. Даже определение расстояний до не очень далёких звёзд — более сложная задача, требующая «штучного» подхода. Распространённые изображения галактики Млечный Путь и представление о восьми её рукавах — это экстраполяция, основанная на наблюдениях похожих спиральных галактик, повёрнутых к нам своей плоскостью, плюс убеждение, что Галактика симметрична и по другую сторону от ядра есть такие же рукава. Неудивительно, что долгое время мы могли не замечать, что пояс Гулда является частью более крупной волновой структуры, и мы наблюдаем только проекцию части этой синусоиды под косым углом, которая и представлялась нам в виде локального «звёздного диска».