vlog

2025 | ruduo

Kaip žvaigždžių cheminės sudėties tyrimai keičia mūsų Galaktikos žemėlapį?

Aurita Petrulytė, Vilniaus universiteto Fizikos fakultetas

Sukurta: 04 lapkričio 2025

Kaip žvaigždžių cheminės sudėties tyrimai keičia mūsų Galaktikos žemėlapį?

Aurita Petrulytė, Vilniaus universiteto Fizikos fakultetas

Nors astronomai jau seniai gali tyrinėti kitas galaktikas, mūsų pačių – Paukščių Tako – struktūra vis dar išlieka ne iki galo aiški. Taip yra todėl, kad gyvename Galaktikos viduje, o iš čia ypač sunku stebėti centrinę jos dalį, kurią dengia tankūs dulkių debesys.

Tarptautinė mokslininkų komanda, vadovaujama Vilniaus universiteto Fizikos fakulteto astrofiziko dr. Carloso Viscasillaso Vázquezo, pritaikė naują metodą vidiniam Paukščių Tako galaktikos diskui tirti. Užuot įprastai stebėję žvaigždžių padėtį ar judėjimą, mokslininkai analizavo jų cheminę sudėtį. Šis metodas ne tik pasiteisino, bet ir pateikė netikėtų rezultatų, kurie keičia mūsų iki šiol turėtą požiūrį į Galaktikos struktūros evoliuciją. Pasak dr. C. Viscasillaso Vázquezo, tokie tyrimai gali tapti svarbiu įrankiu sudarant ateities Galaktikos žemėlapius.

Kaip tirti Galaktiką būnant jos viduje?

Nors jau daugiau nei prieš šimtą metų Edwinas Hubble‘as pateikė kitų galaktikų egzistavimo įrodymus, astronomai vis dar nėra sudarę išsamaus mūsų pačių Galaktikos struktūros žemėlapio. Skirtingai nuo kitų galaktikų, kurias matome iš išorės, Paukščių Tako stebėjimus atlikti sudėtinga, nes esame jo viduje.

„Stebėti Galaktiką – tai lyg naktį stovėti ryškiai apšviestame mieste. Jei žvelgsite į miesto pakraščius, vaizdas bus ryškesnis – aiškiai įžvelgsite atskiras gatves, išsibarsčiusius namus, matysite gatvių žibintų ir pravažiuojančių automobilių šviesas. Tačiau jei pasuksite miesto centro link, šis vaizdas taps susipinančių šviesų, tankiai pridygusių pastatų ir nepertraukiamo judėjimo sąmyšiu – identifikuoti atskiras struktūras bus keblu. Lygiai taip pat nutinka ir stebint mūsų Galaktiką. Žvelgiant į jos pakraščius vaizdas aiškesnis, o link centro – tirštas, painus“, – aiškina dr. C. Viscasillas Vázquezas.

Paukščių Takas – tai spiralinė galaktika, turinti ryškias, lenktas sritis, gausias dujų, dulkių ir jaunų žvaigždžių. Tokios sritys vadinamos spiralinėmis vijomis. Kadangi esame Galaktikos viduje, nustatyti tikslų šių vijų skaičių ir dydį sunku, tačiau taikydami įvairius tyrimų metodus mokslininkai vis geriau supranta mūsų Galaktikos sandarą – ir šias žinias perteikia mums.

Pasak tyrimo bendraautorės dr. Lauros Magrini, astronomės iš Arčetrio (Arcetri) observatorijos Italijoje, egzistuoja vidinės ir išorinės spiralinės vijos. Šie terminai paprastai vartojami atskaitos tašku laikant Saulę: spiralinės vijos, esančios tarp Saulės ir Galaktikos centro, vadinamos vidinėmis, o likusios – išorinėmis.

Galaktikos vijos

Mokslininkų tyrinėtos Galaktikos gijos. NASA / JPL-Caltech nuotr.

Dr. C. Viscasillaso Vázquezo teigimu, išorinės spiralinės vijos, esančios už Saulės, ištyrinėtos jau gana neblogai, tačiau tyrinėjant vidines kyla iššūkių. „Galaktikos centro stebėjimus apsunkina tankūs dulkių debesys, todėl tradiciniai tyrimo metodai, tokie kaip, pavyzdžiui, žvaigždžių tankių ar dujų pasiskirstymo analizė, neleidžia pamatyti bendro Galaktikos struktūros vaizdo“, – sako astrofizikas.

Tačiau kyla klausimas: o kas, jei egzistuoja kitas būdas tirti vijas? Toks metodas, kurį taikant nereikėtų gilintis į žvaigždžių išsidėstymą, judėjimą ar kiekį, bet būtų analizuojama žvaigždžių cheminė sudėtis?

Naujas būdas tirti Galaktikos vijas

Tyrimą, publikuotą prestižiniame žurnale „Astronomy & Astrophysics“, vykdė Vilniaus universiteto ir Arčetrio astrofizikos observatorijos mokslininkai, bendradarbiaudami su tyrėjų grupėmis iš Triesto ir Komo (Italija). Tyrimo metu buvo derinami vienas kitą papildantys metodai: žvaigždžių spektroskopija, Galaktikos archeologija ir cheminės Galaktikos evoliucijos modeliavimas.

Dr. L. Magrini pasakoja, kad šią tyrimo kryptį įkvėpė ankstesni darbai, „Gaia“ misijos ir didelės apimties stebėjimų projekto APOGEE spektroskopiniai duomenys, kuriuose pateikiama išsami informacija apie žvaigždžių cheminę sudėtį.
Mokslininkams labai svarbų duomenų rinkinį suteikė „Gaia-ESO“ tyrimas. Tai viešas spektroskopinis tyrimas, atliktas galingu teleskopu (angl. Very Large Telescope) Paranale, Čilėje. Išsamūs cheminių elementų pasiskirstymo matavimai tyrėjams leido ne tik nustatyti žvaigždžių padėtis, bet ir analizuoti, kaip kinta jų cheminė sudėtis priklausomai nuo jų vietos kosmose.

The Very Large Telescope (VLT) at ESO's Cerro Paranal observing site. Located in the Atacama Desert of Chile, the site is over 2600 metres above sea level, providing incredibly dry, dark viewing conditions. The VLT is the world’s most advanced optical instrument, consisting of four Unit Telescopes with main mirrors 8.2-m in diameter and four movable 1.8-m diameter Auxiliary Telescopes. The telescopes can work together, in groups of two or three, to form a giant interferometer, allowing astronomers to see details up to 25 times finer than with the individual telescopes.

Galingas teleskopas Paranale, Čilėje. Iztok Boncina / ESO nuotr.

„Prieš mūsų tyrimą tokio pobūdžio darbų buvo labai nedaug. Nežinojome, ar šis metodas pasiteisins su kitokiu duomenų rinkiniu, bet vis dėlto pavyko. Netgi galėjome pirmą kartą išvysti vijas iš šoninės perspektyvos“, – pasakoja dr. C. Viscasillasas Vázquezas.

Mokslininkus tyrimo rezultatai pribloškė. Dr. L. Magrini teigimu, nors tirtoje vietoje nėra žvaigždžių sutankėjimo, rodančio viją, pritaikius metodą, leidžiantį pamatyti net nedidelius cheminių medžiagų tankio skirtumus, vijos aiškiai išryškėjo.

Žvaigždžių „pirštų atspaudai“

„Žvaigždės yra lyg cheminės laiko kapsulės. Jų sudėtis pasakoja apie dujų debesis, iš kurių jos gimė, o šių sudėtis – apie ankstesnes žvaigždžių kartas. Pavyzdžiui, geležis ir magnis Galaktikoje atsiduria dėl supernovų – įvykių, kai žvaigždės sprogsta ir išsklaido elementus į kosmosą. Tiriant šių dviejų elementų santykį galima išsiaiškinti ne tik tai, kaip formavosi žvaigždė, bet ir viso Paukščių Tako cheminę raidą“, – sako Vilniaus universiteto astrofizikas.

Mokslininkai sudarė erdvinius cheminių medžiagų pasiskirstymo pokyčių vidiniame Galaktikos diske žemėlapius. Jie atskleidė vietas, kuriose geležies kiekis yra didesnis, o magnio ir geležies santykis mažesnis – tai buvo ženklai, sutampantys su žinomų Skydo ir Šaulio, dviejų pagrindinių vidinių spiralinių vijų, padėtimis.

Patiems netikėtai tyrėjai aptiko ir tam tikrą atšaką – cheminį tiltą tarp minėtų dviejų vijų. Ji rodo, kad vidinėje Galaktikos dalyje vyksta sudėtingesni dinaminiai procesai, nei manyta anksčiau.
„Kitose galaktikose matome vijas, kurių struktūra aiški, ryški, o šitos atrodo labiau susipynusios arba lyg susikertančios. Taigi gali būti, kad tokios vijos turi kelias atšakas – jos šakojasi kaip upės į intakus arba kaip greitkeliai į smulkesnius kelius ar net juos jungiančius tiltus“, – palygina dr. C. Viscasillas Vázquezas.

Ne vien žemėlapiai

Pasak astrofiziko, šis tyrimas ne tik perbraižė Paukščių Tako žemėlapį. Lygindami savo stebėjimus su kompiuteriniais 2D cheminės evoliucijos modeliais, kuriuos pastaraisiais metais sukūrė Triesto astronomijos observatorijos tyrėjas Emanuele Spitoni su bendradarbiais, mokslininkai patvirtino, kad spiralinės vijos nėra vien struktūriniai elementai – jos taip pat daro įtaką Galaktikos cheminei sudėčiai.

„Mano su kolegomis kurtame modelyje vijos yra suskaidomos į tris dalis. Visos jos sukasi skirtingu greičiu, o besisukdamos pro diską – vietą, kurioje yra daugiausia žvaigždžių, dujų ir dulkių – suaktyvina žvaigždžių formavimąsi – tai rodo įvairių cheminių elementų pasiskirstymo svyravimai. Jei vijos ir pats diskas sukasi tuo pačiu greičiu, cheminių elementų kismas vyksta sparčiau“, – pasakoja tyrėjas.

Naujausi kompiuteriniai modeliavimai astrofizikams leido atkurti per pastarąjį milijardą metų vykusią Galaktikos cheminę evoliuciją ir šiandien tai yra tiksliausiai „Gaia-ESO“ misijos rezultatus atitinkantys duomenys.
„Toks tyrimo rezultatas rodo glaudų ryšį tarp žvaigždžių kiekio kaitos ir Galaktikos cheminės sudėties. Vijos suaktyvina žvaigždžių formavimąsi ir palieka cheminius pėdsakus. Aptikę šiuos dėsningumus, galime geriau suprasti mūsų Galaktikos struktūrą ir evoliuciją. Mus ypač įkvėpė Eloisos Poggio ir jos bendradarbių darbas – naudodami cheminius duomenis, jie atsekė vidinių ir išorinių vijų spiralinę struktūrą. Šį tyrimą papildo mūsų darbas, nes naudojame „Gaia-ESO“ tyrimo duomenis, kurie leidžia giliau pažvelgti į vidinę Galaktikos dalį – vietą, kurią stebėti trukdo dulkės“, – paaiškina dr. C. Viscasillas Vázquezas.

Galaktikos kartografijos ateitis

Mokslininkų tyrimas įrodė, kad spiralinės vijos ypač sunkiai stebimoje vidinėje Galaktikos dalyje gali būti tiriamos pasitelkus ne tik žvaigždžių išsidėstymo ir judėjimo duomenis, bet ir cheminę sudėtį. Tai suteikia naujos, svarbios informacijos, praturtinančios dabartinį mūsų Paukščių Tako struktūros suvokimą.

„Šis cheminiais duomenimis paremtas metodas leidžia į seniai žinomą klausimą pažvelgti naujai. Tai lyg nematomos Galaktikos architektūros tyrinėjimas, sekant cheminių elementų pėdsakais, paliktais žvaigždžių. Kalbant apie ateities tyrimus, kurie bus dar didesnio masto ir tikslesni, manau, kad duomenų apie cheminių elementų pasiskirstymą naudojimas gali tapti svarbia Galaktikos kartografijos mokslo dalimi“, – apibendrina Vilniaus universiteto astrofizikas.