Mléčná dráha před miliardami let převrátila svůj disk

Na připojené fotografii září Mléčná dráha na obloze nad observatoří La Silla Evropské jižní observatoře ESO v chilské poušti Atacama. Tlustý disk Mléčné dráhy je plný starších hvězd a otáčí se pomaleji než její tenký disk, který je plný mladších hvězd. Nový výzkum říká, že za toto záhadné uspořádání je zodpovědné kosmické převrácení.

Disk naší Galaxie mohl po dávné čelní srážce změnit orientaci o více než 90 stupňů. Nešlo o náhlé převrácení, ale o dlouhý gravitační proces, během něhož se pohyb stovek miliard hvězd postupně uspořádal do úplně jiné roviny. Galaktický disk lze popsat pomocí osy jeho rotace. Pokud se směr této osy během vývoje změní o více než 90 stupňů, astronomové mluví o převrácení disku.

Mléčná dráha je starobylá a její první hvězdy vznikly krátce po Velkém třesku. Během svého dlouhého života prošla mnoha událostmi, včetně slučování s jinými galaxiemi a pohlcování menších. Naše pozorování vesmíru to potvrzují, když vidíme mnoho příkladů slučování a interakcí jiných galaxií. Skládání historie slučování a dalších událostí Mléčné dráhy je klíčem k pochopení naší Galaxie a v širším smyslu i dalších galaxií.

Ne všechno o Mléčné dráze je jasné. I přes veškerý vědecký pokrok v astronomii, zejména v posledních několika desetiletích, jsou některé její vlastnosti stále záhadné. Jedna z jejích záhad se týká jejího disku. Má dvě oddělené diskové struktury, které se otáčejí různými rychlostmi.

Většina hvězd Galaxie se nachází v jejím spirálním neboli tenkém disku, ale mnohem větší a řidší disk jej obklopuje jako hvězdné halo neboli tlustý disk. Tyto hvězdy v halo původně vznikly v různých galaxiích, ale během fúzí byly absorbovány Mléčnou dráhou. Mise Gaia Evropské kosmické agentury ESA pozorovala miliardy hvězd v naší Galaxii a zjistila, že tlustý disk se ve srovnání s tenkým diskem otáčí velmi pomalu.

Astronomové tvrdě pracovali na tom, aby pochopili, proč. Vzhledem k tomu, že hvězdy v tlustém disku jsou starší, chudé na kovy a obíhají po excentrických nebo náhodnějších, chaotických drahách, jsou důkazem minulé fúze. Aby tým výzkumníků prozkoumal souvislost mezi pomalou rotací řídce osídleného halo a dávnými fúzemi, použil simulace. Své výsledky prezentovali na Národním astronomickém setkání Královské astronomické společnosti v Birminghamu.

„Protože žijeme uvnitř Mléčné dráhy, můžeme ji studovat podrobněji než jakoukoliv jinou galaxii, což z ní činí klíčové testovací prostředí pro širší pochopení galaxií“ uvedl Kirill Batrakov z Durham University.

Výzkumníci pod vedením Kirilla Batrakova, astronoma z Durham University, použili simulace Auriga. Simulace Auriga jsou sadou kosmologických zoom simulací zaměřených na pochopení vzniku galaxií. Berou v úvahu černé díry, supernovy, temnou hmotu a gravitaci a začínají krátce po Velkém třesku. Simulace Auriga vytvářejí sekvence vědeckých snímků, které odhalují, jak události v historii galaxie vytvořily struktury, které dnes pozorujeme.

Výzkumníci simulovali 25 galaxií podobných Mléčné dráze a nechali simulace běžet miliardy let.

„Pozorování pomocí družice Gaia odhalila, že hvězdné halo Mléčné dráhy má slabou čistou rotaci přibližně 10–20 km/s, přesto původ této rotace zůstává nevysvětlený,“ píší vědci ve svém abstraktu. „Motivováni tímto zjištěním jsme zkoumali rotaci hvězdných halo v rozsahu rudého posuvu 0–2,5 v simulaci Auriga – což je sada magnetohydrodynamických kosmologických simulací galaxií podobných Mléčné dráze.“

Tento rozsah rudého posuvu pokrývá zhruba posledních 11 miliard let, takže každá simulace začala s galaxií podobnou Mléčné dráze asi 2 až 3 miliardy let po Velkém třesku. Tento rozsah zahrnuje éru vrcholného vzniku hvězd, tzv. „kosmické poledne“ s rudým posuvem kolem z ≈ 1–3. Zahrnuje také většinu hlavních fúzí, které tyto galaxie absolvují.

Simulace, které znovu vytvořily pomalu rotující vnější halo Mléčné dráhy, měly tři společné věci: vznikly dříve; prošly fúzí, jako je Gaia-Enceladus-Sausage v naší Galaxii; a zažily událost převrácení disku.

„Už víme, že Mléčná dráha v minulosti zaznamenala masivní čelní srážku s galaxií známou jako Gaia-Sausage-Enceladus (často jednoduše nazývanou Gaia Sausage). Domníváme se tedy, že se disk Mléčné dráhy v minulosti pravděpodobně převrátil,“ vysvětlil Batrakov, hlavní výzkumník projektu.

„Převrácení disku také znamená, že většina hvězd Mléčné dráhy se kdysi pohybovala po velmi odlišných trajektoriích než dnes – možná i naše vlastní Slunce, což znamená, že naše „stabilní“ místo v Galaxii nemuselo být po celou dobu existence Sluneční soustavy tak stabilní,“ řekl Batrakov.

Nacházíme se uvnitř Mléčné dráhy, což vytváří určité obtíže při jejím studiu. Naše pozice ale také hraje v náš prospěch. Mise Gaia změnila naše chápání Mléčné dráhy měřením miliard hvězd, což není v jiných galaxiích možné ve stejné míře.

„Zjištění, že se její disk převrátil, přidává do tohoto příběhu novou kapitolu, kterou musíme zohlednit při zasazování Mléčné dráhy do širšího kontextu jiných galaxií,“ řekl Kirill Batrakov z Durham University.

„Protože žijeme uvnitř Mléčné dráhy, můžeme ji studovat podrobněji než jakoukoliv jinou galaxii, což z ní činí klíčové testovací pole pro širší pochopení galaxií,“ řekl Batrakov. „Zjištění, že se její disk převrátil, přidává do tohoto příběhu novou kapitolu, kterou musíme zohlednit při zasazování Mléčné dráhy do širšího kontextu jiných galaxií. Nejvíce mě nadchlo, že tuto složitou historii lze rekonstruovat pouze ze současných pozorování.“

Výsledky také vypovídají něco o halo temné hmoty Mléčné dráhy. „Tyto výsledky naznačují, že naše Galaxie pravděpodobně prošla během své historie formování převrácením disku a že její halo temné hmoty pravděpodobně rotuje relativně pomalu,“ píší autoři.

To naznačuje souvislost mezi těmito dvěma disky. Hvězdné halo se mohlo vyvíjet společně s halo temné hmoty, protože Mléčná dráha v průběhu své historie pokračovala v akreci menších galaxií, stejně jako to nyní dělá s Magellanovým mračnem a trpasličí sféroidní galaxií ve Střelci.

Scénář převrácení disku podporuje i další výzkum. Článek z roku 2025 v časopise Astronomy and Astrophysics se zaměřil na halo temné hmoty Mléčné dráhy a k jeho pochopení použil data z družice Gaia. „Našli jsme předběžné důkazy o tom, že halo temné hmoty Mléčné dráhy je zkroucené, což odpovídá zarovnání s diskem ve vnitřní oblasti r ≲ 20 kpc, a ve vnějších oblastech se orientuje vertikálně, což je v souladu s predikcí scénáře převrácení disku,“ píší autoři.

Realita života uvnitř masivní galaxie, která se vyvíjela miliardy let a obsahuje stovky miliard hvězd, prošla fúzemi a převrátila svůj disk, což se nedotýká našeho každodenního života. Ale je to realita a intelektuální zvědavost nás vede k jejímu pochopení. Každý, kdo se těší na vědeckou cestu za poznáním naší domovské Galaxie, by měl smeknout klobouk před misí Gaia Evropské kosmické agentury, která způsobuje revoluci v našem chápání Mléčné dráhy.

Zdroj: https://www.universetoday.com/articles/the-milky-way-flipped-its-disk-billions-of-years-ago a https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=52696960

autor: František Martinek