în aprilie anul Trecut, Amina Helmi simțit pielea de găină în timp ce de conducere pentru a lucra în nordul Olandei. Nu avea nimic de — a face cu vremea-era o anticipare pură. Cu doar câteva zile mai devreme, o inundație de date a fost eliberată din Gaia, o misiune a Agenției Spațiale Europene (ESA) care cartografiază Calea Lactee timp de cinci ani., Astronomul de la Universitatea din Groningen și echipa ei au alergat să cerceteze datele pentru informații despre galaxie înainte ca alții să ajungă acolo mai întâi. lucrand la fast-forward, incapabili sa doarma din cauza emotiei, Helmi si colegii ei au simtit ca au descoperit ceva. Echipa a văzut un set de 30.000 de stele renegate. Spre deosebire de alte obiecte din corpul principal al Căii Lactee, care orbitează într-o formă de disc relativ plat, acești neconformiști se mișcau înapoi, în orbite care le purtau din planul Galactic.,

În câteva săptămâni, echipa a lucrat ca luminos hoardă a indicat o lungă ascunse și mai ales tumultuoasă capitol din Calea Lactee istorie: un smash-up între tineri Galaxy și o colosală companion1. Această fiară a încercuit cândva Calea Lactee ca o planetă în jurul unei stele, dar acum 8 miliarde până la 11 miliarde de ani, cele două s-au ciocnit, modificând masiv discul Galactic și împrăștiind stele în larg. Este ultimul accident major cunoscut pe care Galaxia l-a experimentat înainte de a-și asuma forma spirală familiară văzută astăzi., deși semnalul acelui accident antic se ascundea la vedere de miliarde de ani, Doar prin setul de date Gaia astronomii au reușit în cele din urmă să-l detecteze. „Este incredibil să fi reușit să găsești o piatră de hotar atât de importantă în istoria Căii Lactee”, spune Helmi. astfel de descoperiri monumentale devin aproape obișnuite datorită Gaiei. Misiunea își propune să catalogheze mai mult de 1 miliard de stele locale, cartografiind luminozitatea, temperaturile, vârstele, locațiile și vitezele acestora., Aceste ultime două proprietăți sunt deosebit de edificatoare pentru astronomi: înainte de Gaia, oamenii de știință nu aveau măsurători de înaltă precizie ale distanței față de multe stele, precum și ceea ce se numește mișcare adecvată sau mișcarea unei stele pe cer. Folosind aceste informații cruciale, cercetătorii pot — așa cum au făcut Helmi și colegii ei-să vâneze grupuri de obiecte care călătoresc împreună în traiectorii coordonate care indică o istorie comună., Vitezele stelare pot ajuta, de asemenea, astronomii să urmărească influența materiei întunecate — substanța invizibilă și încă misterioasă care constituie cea mai mare parte a masei galaxiei și îndoaie căile stelelor cu gravitația sa.

sute de lucrări au fost publicate de la lansarea datelor Gaia din aprilie 2018. Ei pictează o imagine a unei căi Lactee care este mult mai dinamică și mai complexă decât ne-am imaginat anterior. GALAXIA este plină de surprize, inclusiv indicii de aglomerări de materie întunecată care ar putea oferi în cele din urmă oamenilor de știință o mai bună înțelegere a proprietăților materialului din umbră., Descoperirile timpurii, ușor de observat, au fost deja transformatoare, spune astronomul Vasily Belokurov de la Universitatea din Cambridge, Marea Britanie, și totuși ele sunt doar o privire asupra a ceea ce urmează: „modul în care vedem Calea Lactee s-a schimbat clar.”

un trecut perturbator

Sistemul Solar se află la marginea Căii Lactee, la aproximativ 8.000 de parseci (26.000 de ani lumină) de centrul Galactic, pe un braț spiral secundar cunoscut sub numele de Orion. Astronomii trebuie să cartografieze structura galaxiei pornind de la acest biban, uitându-se la enorma bandă înstelată care se întinde pe cerul nopții., Până la mijlocul secolului al XX-lea, au pictat o imagine cu perie largă, determinând că stelele Căii Lactee sunt distribuite într-o umflătură centrală, înfășurate de brațe stelare serpentine și înconjurate de un halou subțire, sferic. În anii 1970 și 1980, cercetătorii au dedus modul în care această structură s-a construit de-a lungul a miliarde de ani, începând cu un vast nor de materie întunecată, gaz și praf. Componentele vizibile s-au prăbușit într-o structură asemănătoare discului, care apoi s-a înmulțit devorând galaxii satelit mai mici., Astronomii au completat ulterior detaliile folosind telescoape terestre pentru a fotografia în mod repetat întregul cer de noapte. Astfel de studii au permis oamenilor de știință să privească mai îndeaproape obiectele galactice de mari dimensiuni, cum ar fi halo-ul stelar, unde au găsit rămășițe de galaxii mici care au fost întinse în fluxuri de resturi împânzite de stele. dar sondajele de la sol oferă astronomilor doar atât de multe informații despre structura Căii Lactee, în principal pentru că estomparea din atmosfera turbulentă a Pământului limitează cât de precis pot fi determinate distanțele până la stele., Și, deși viteza cu care stelele se deplasează spre sau departe de pământ poate fi măsurată prin schimbări de culoare, sortarea mișcării lor corespunzătoare — și astfel viteza lor completă 3D — este dificilă, deoarece majoritatea obiectelor se deplasează atât de puțin pe cer în timp uman. Această problemă a ascuns relațiile dintre multe stele-legături care ar putea fi dezvăluite de asemănări în mișcările lor.misiunea Gaia de aproximativ 740 de milioane de euro (844 de milioane de dolari SUA), care a fost aprobată în 2000 și lansată 13 ani mai târziu, a fost concepută pentru a umple aceste lacune., Orbitând în jurul Soarelui puțin mai departe decât Pământul, nava spațială fixează aceleași stele din poziții diferite pe orbita sa. Acest lucru permite astronomilor să măsoare distanța printr — o cantitate cunoscută sub numele de schimbări paralaxice-infinitezimale stelare în poziția aparentă a unui obiect de pe cer care însoțește o schimbare de perspectivă. Satelitul Hipparcos al ESA, care a funcționat între 1989 și 1993, a adunat date similare de paralaxă. Dar precizia Gaiei va fi în cele din urmă de 100 de ori mai mare., Și datorită sensibilității sale, poate sonda mai adânc în galaxie: aproximativ 99% din cele peste 1 miliard de stele pe care le observă nu și-au determinat niciodată distanțele cu exactitate. într-o întreprindere intensivă din punct de vedere computațional, cercetătorii Gaia au construit un complot al locației fiecărei stele în raport cu orice altă stea pe care telescopul o vede. Acest lucru a permis echipei să măsoare cât de repede par să călătorească stelele pe cer — mișcarea lor adecvată., Apoi, măsurând mici schimbări în culoarea stelelor, astronomii pot obține o indicație despre cât de repede se deplasează obiectele spre sau departe de satelit, de-a lungul liniei sale de vedere. Combinația dintre cele două măsurători, plus distanțele calculate din Gaia, asigură mișcarea 3D completă a stelelor. Gaia poate măsura mișcarea liniei de vedere pentru cele mai strălucitoare stele pe care le vede, dar telescoapele de la sol vor ajuta la măsurarea stelelor rămase. Știind unde se află fiecare stea și unde se îndreaptă, permite cercetătorilor să tachineze rapid istoria ascunsă a Căii Lactee.,acesta a fost cazul coliziunii antice investigate de Helmi și colegii ei (a se vedea „fuziunea în stadiile de formare timpurie a galaxiei noastre”). În lucrarea lor, dovezile că cohorta de stele pe care le-au văzut împărtășeau o origine comună au fost susținute de datele de la Sloan Digital Sky Survey (SDSS) de la sol din New Mexico, care au arătat că membrii ansamblului aveau o compoziție chimică similară. Echipa a ales numele Gaia-Enceladus pentru galaxia pitică despre care se crede că a fost casa stelelor. Enceladus a fost un gigant care a coborât din Gaia în mitologia greacă.,după cum s-a întâmplat, Belokurov și colegii săi au găsit, de asemenea, dovezi ale coliziunii, folosind informații din datele preliminare ale Gaia din 2016. Aceste date nu includ citirile corecte ale mișcării, dar prin compararea pozițiilor stelare din acel set de date cu observațiile SDSS luate cu aproximativ un deceniu în urmă, echipa a putut vedea cum s-au mișcat stelele în timpul care a intervenit. Ei au observat un grup de obiecte care călătoresc împreună pe orbite excentrice care ar trebui să le ducă în cele din urmă din centrul galaxiei până la periferie., Acestea păreau să fi provenit dintr-un singur accident major, istoria lor comună aparentă din cauza asemănărilor în conținutul de metal. Deoarece vitezele reprezentate au format o formă de cârnați, echipa a numit vechea galaxie pitică care a fost cândva casa stelelor cârnații Gaia2.

dubla denumire a dus la o anumită confuzie în comunitate. Dar oricare ar fi numit vinovatul, fuziunea antică ar putea fi un indiciu pentru un mister al Căii Lactee., Discul galaxiei are două componente — un disc interior subțire care conține gaz, praf și stele tinere stă ca umplutura unui Oreo, în interiorul unui disc exterior gros format aproape în întregime din stele mai vechi. Astronomii au dezbătut dacă discul gros a apărut mai întâi, gazul și praful condensându-se apoi pentru a forma un nucleu mai subțire sau dacă structura a început cu un disc subțire care a fost apoi parțial umflat., Deoarece gaia-Enceladus-Sausage a fost o fracțiune semnificativă din dimensiunea Căii Lactee în timpul prăbușirii, ar fi depus o mare cantitate de energie în discul Galactic, încălzindu-l și extinzându-l. Grupul lui Helmi vede acest lucru ca un semn în favoarea scenariului de umflare și dovezi ale unei distorsiuni dramatice a Căii Lactee.

explozie de cunoștințe

viteza cu care astfel de informații dificile anterior pot fi făcute folosind datele Gaia a uimit cercetătorii., Astronomul Kathryn Johnston de la Universitatea Columbia din New York își amintește de zumzetul dintr-o lucrare postată a doua zi după lansarea datelor din aprilie, arătând cum mișcările a aproximativ 6 milioane de stele din apropierea Soarelui sunt aliniate într-un model spiralat ciudat asemănător cu o cochilie de melc3. modelul părea a fi o amprentă digitală, spune Johnston, ștampilată de o mică galaxie satelit cunoscută sub numele de Sagetator. De fiecare dată când Sagetatorul se învârte în apropiere, perturbă gravitațional stelele galactice, iar acest lucru ar trebui să genereze vibrații și valuri în disc., Cercetătorii au presupus anterior despre astfel de amprente, dar semnătura din datele Gaia părea a fi primul semnal clar și convingător al influenței Sagetatorului. „Pentru mine a fost un moment uimitor”, spune Johnston. „Spirala era atât de curată. Părea o predicție teoretică dintr-o simulare idealizată, nu un complot real de date.datorită ochilor lui Gaia, astfel de perturbații nu numai că ies în evidență, ci spun și o poveste diferită despre trecutul Căii Lactee., Anterior, astronomii au presupus că, în timp halo exterior a Galaxiei a îndurat-o haotic collisional istorie cu mici sateliți, cea mai mare parte a trăit o viață destul de liniștită. Caracteristici precum brațele spirale și o bară de stele despre care se crede că traversează proeminența Centrală au fost în general tratate ca produse ale dinamicii interne a Căii Lactee. Dar oscilațiile care par a fi induse de Săgetător sugerează că forțele externe au o influență mai mare asupra formei Căii Lactee decât a fost recunoscută anterior., Gaia obligă cercetătorii să arunce o a doua privire la unele dintre ipotezele canonice care sunt folosite pentru a simplifica modelele, spune astrofizicianul Adrian Price-Whelan de la Universitatea Princeton din New Jersey. „Știam că aceste presupuneri erau greșite”, adaugă el. „Gaia ne-a arătat acum cât de greșite au fost.”

trasarea părții întunecate

cartografierea obiectelor luminoase ale Căii Lactee ar putea, de asemenea, să arunce lumină asupra materiei întunecate, care ar putea constitui până la 90% din masa galaxiei., Teoreticienii suspectează că galaxia noastră se află în interiorul unui halou enorm, aproximativ sferic de materie întunecată care, la fel ca materia obișnuită, s-a adunat împreună în structuri mai mici datorită gravitației. Simulările cosmologice sugerează că mii de aglomerări mari de materie întunecată orbitează Galaxia, ocazional fiind mâncate de o masă de materie întunecată în centru, într-un proces asemănător consumului Căii Lactee a micilor săi sateliți vizibili. se crede că marea majoritate a substructurilor de materie întunecată conțin puține sau deloc Stele, ceea ce le face dificil de detectat., Dar Gaia ar fi putut găsi un indiciu al unuia în GD-1, un flux lung de stele descoperit în 2006 care se întinde pe jumătate din cerul nordic. Acest flux stelar nu este străin de control, dar Gaia i-a permis lui Price-Whelan și astronomului Ana Bonaca de la Centrul de Astrofizică Harvard-Smithsonian din Cambridge, Massachusetts, să aleagă cu mai multă încredere adevărații membri ai grupului4. În noiembrie anul trecut, ei și alți doi colegi au identificat caracteristici structurale, inclusiv o incursiune decalaj, care ar putea fi cicatrici de o întâlnire cu un obiect masiv aproximativ 500 de milioane de ani ago5., Pe măsură ce presupusul perturbator a trecut pe lângă pârâu, s-ar putea să fi separat trenul de stele trăgându-i gravitațional pe unii, permițându-le să tragă înaintea tovarășilor lor. cel mai probabil vinovat pare a fi o aglomerare densă de materie întunecată, probabil undeva între 1 milion și 100 de milioane de ori masa soarelui, spune Bonaca. Această estimare ar putea avea implicații pentru modelele fizice ale materiei întunecate. Masa unei particule de materie întunecată ajută să dicteze cât de repede se poate mișca și, la rândul său, dimensiunea clusterelor pe care este susceptibilă să le formeze., Dimensiunea perturbatorului GD-1 se află într-o gamă interesantă, spune Bonaca, care ar putea elimina candidații ipotezați de materie întunecată, care au o masă relativ scăzută.Bonaca și echipa ei sunt acum interesați să folosească datele Gaia pentru a determina vitezele stelelor perturbate din flux, ceea ce ar putea indica orbita presupusei aglomerări de materie întunecată. Dacă pot afla unde ar putea fi găsit astăzi, ar putea fi capabili să detecteze efectele sale gravitaționale asupra altor materiale., Sau poate că ar putea antrena telescoapele cu raze γ la fața locului pentru a căuta dovezi ale particulelor de materie întunecată care se anihilează una pe cealaltă sau se descompun, procese care ar putea emite fotoni energetici. Orice tehnică ar putea oferi o probă mai directă a proprietăților fizice ale substanței invizibile. cu toate acestea, Price-Whelan spune că este greu să deduci prea mult dintr-un singur exemplu., El speră că studiile sistematice care utilizează catalogul Gaia și viitoarele observatoare — cum ar fi telescopul mare sinoptic Survey din Chile, care este de așteptat să înceapă colectarea de date la începutul anilor 2020-vor dezvălui Stele mai slabe și alte fluxuri stelare. Dacă unele dintre aceste fluxuri prezintă, de asemenea, efecte din întâlnirile cu aglomerări de materie întunecată, ele ar putea oferi astronomilor o idee mai bună despre abundența și dimensiunea acestor clustere, ceea ce ar ajuta la identificarea proprietăților materiei întunecate.,

astronomii speră că datele Gaiei despre mișcările stelare îi vor ajuta, de asemenea, să cartografieze forma generală a laturii întunecate a galaxiei. În funcție de tipul de particulă din care este construită, halo-ul de materie întunecată al Căii Lactee ar putea avea diferite niveluri de sfericitate sau simetrie. Belokurov se așteaptă ca informațiile de la Gaia pe orbitele stelare locale să fie suficiente pentru a urmări masa și forma generală a halo-ului de materie întunecată în următorii 2-4 ani. astfel de descoperiri nu se vor limita la Calea Lactee., Concluziile trase despre istoria galaxiei și distribuția materiei întunecate se vor alimenta înapoi în modele cosmologice care sunt folosite pentru a explora modul în care structurile mari ale Universului au crescut și s-au schimbat. Gaia a primit deja prima extindere a misiunii până la sfârșitul anului 2020, iar astronomul Anthony Brown de la Universitatea Leiden din Olanda, care prezidează consorțiul de procesare și analiză a datelor misiunii, crede că satelitul poate continua să adune date până în 2024, pentru o misiune de zece ani în total., El spune că această extensie ar trebui să ofere o îmbunătățire a factorului de trei în precizia măsurării Gaia a mișcării adecvate pentru stelele pe care le urmărește în prezent. Și ar putea oferi informații despre stele din ce în ce mai îndepărtate. moștenirea finală a Gaiei nu a fost încă scrisă, dar toate indicațiile sugerează că va fi substanțială. Datele din sondajele all-sky, cum ar fi cele efectuate de SDSS, continuă să ofere descoperiri fructuoase despre Univers la un deceniu sau mai mult după ce au fost finalizate., Helmi așteaptă cu nerăbdare să deruleze în continuare istoria Căii Lactee, pe măsură ce catalogul Gaia devine mai mare și mai detaliat. „Unul dintre lucrurile pe care le găsesc cele mai interesante”, spune ea, ” este că tocmai am început să săpăm cu adevărat în trecut.”