Американские астрофизики сумели уточнить массу Млечного Пути, исследуя звездную струю, образовавшуюся в результате приливного разрушения шарового звездного скопления.

Наша родная галактика – Млечный Путь – давно и активно изучается астрофизиками, однако точно оценить основные ее характеристики достаточно сложно. Солнце располагается в одном из спиральных рукавов Млечного Пути, и мы видим огромный ее диск сбоку. Поэтому с помощью различных методов, в первую очередь изучая движения звезд, делают оценки формы, размеров и других характеристик Галактики. По современным представлениям наша галактика включает около 200 миллиардов звезд, сосредоточенных в диске диаметром не менее 100 тысяч световых лет. Оценки массы Галактики лежат в интервале от 0,5 до 3 триллионов масс Солнца, хотя большинство ученых склоняются к величине в 2-3 триллиона масс Солнца.

Вид струи шарового скопления Palomar 5. Желтой линией показана орбита.

Обработанная карта плотностей струи. Текущее положение шарового скопления Palomar 5 отмечено красным крестом.

Карта звезд во внешних регионах галактики Млечный Путь, полученная из SDSS изображений неба северного полушария.

Команда астрофизиков из нескольких американских университетов в статье, опубликованной в The Astrophysical Journal, предложила новый и, как они утверждают, более точный метод определения массы галактики. Этот метод основан на изучении и моделировании поведения следа, состоящего из звезд разрушающегося шарового скопления, орбита которого лежит за пределами галактического диска. 

Шаровые скопления звезд – самые старые в галактике, они содержат большое количество звезд и обращаются вокруг ее центра как спутники. Большую часть своей жизни эти скопления проводят за пределами галактического диска, но за миллиарды лет существования они много раз пересекают плотный диск Галактики, подвергаясь огромным приливным силам, «гравитационным ударам». Эти силы разрушают скопление, заставляя его терять звезды, которые некоторое время сопровождают его по галактической орбите. Со временем они растворяются среди прочих звезд галактики. Это аналогично тому, как метеорный рой сопровождает ядро кометы.

«Потерянные» звезды, расположенные вдоль орбиты скопления за пределами галактического диска, и были названы струей. Эти звездные струи выделяются среди остальных звезд как инверсионный след самолета среди облаков. На основе компьютерного моделирования струи можно сделать оценки параметров галактики, приведшей к ее возникновению.

Ученые использовали данные проекта SDSS (Sloan Digital Sky Survey), в рамках которого в течение более десяти лет сканировалось небо северного полушария. При изучении скопления Palomar 5, имеющего возраст примерно 12 млрд. лет и около 30 000 звезд, были обнаружены регулярные изменения его струи, которые показались авторам не случайными. Длина «хвостов» струи в обе стороны от скопления составляет по 1000 световых лет, причем они содержат на 30% больше массы, чем само скопление в настоящее время. Его орбита почти перпендикулярна плоскости нашей галактики. Расстояние от Солнца до скопления около 75 000 световых лет.

Используя суперкомпьютер Колумбийского университета Yeti, астрофизики создали около десяти миллионов моделей струи при разных реализациях Млечного Пути. Авторы использовали современные статистические методы, используемые, например, для исследований изменчивости генома и ранжирования сайтов в интернет-поисковых системах. Уникальность образца вариаций наблюдаемой струи позволила отсеять недопустимые варианты и оценить массу галактики в пределах радиуса орбиты скопления (около 60 000 световых лет). Она оказалась примерно 210 млрд. масс Солнца с погрешностью всего в 20%. Заодно была подтверждена почти сферическая форма галактического гало, включающего темную материю.

Интересно, что наблюдаемая геометрия струи накладывает сильные ограничения на позицию и движение Солнца, галактики и скопления. Благодаря этому астрофизикам удалось определить, что Солнце располагается в 8,3± 0,25 килопарсек от центра галактики и движется со скоростью 253±16 км/с, и это согласуется с другими измерениями.

Шаровые скопления – достаточно распространённые объекты в галактике. В Млечном Пути их обнаружено боле полутора сотен. В дальнейшем исследователи намерены использовать другие струи, чтобы получить еще более высокую точность и создать наиболее реалистичную модель Млечного Пути на сегодняшний день. Они надеются узнать о формировании и составе нашей родной галактики, и понять, как Млечный Путь соотносится с другими галактиками во Вселенной.

По материалам Колумбийского университета