Jei įlašintumėte šiek tiek rašalo į lėtai srūvančią upę, vanduo tamsų rutuliuką greitai ištemptų į juostą. Jos vingiai ir raibuliai gerai parodytų, kaip srūva ir pats vanduo. Panašiai vyksta ir galaktikose: žvaigždžių telkiniai po truputį išsisklaido į pailgas juostas, kurios išsimaišo milžiniškoje erdvėje. Bet tai vyksta taip lėtai, kad juostas, arba žvaigždžių srautus, galime stebėti praėjus net milijardams metų po atsiradimo. Pasinaudodami jomis, astronomai gali išmatuoti Galaktikos masę, tos masės pasiskirstymą ir, panašiai kaip archeologai, nustatyti, kaip Paukščių Takas užaugo ir tapo tokiu, kokį jį matome dabar.

Šį pažintinį straipsnį parašiau, nes turiu daug dosnių rėmėjų Contribee platformoje. Ačiū jums! Jei manote, kad mano tekstai verti reguliarios paramos, kviečiu prisijungti.

Žvaigždžių srautas atsiranda, kai Paukščių Tako gravitacija nutraukia žvaigždes iš kompaktiško telkinio pakraščių. Žvaigždės pabėga per du taškus – artimiausią Galaktikos centrui ir tolimiausią nuo jo – ir suformuoja du srautus, arba uodegas, Vienas srautas nuskuba į priekį, antrasis atsilieka. Per milijardus metų žvaigždės nuo spiečiaus nutolsta tiek, kad vien pažiūrėjus tikrai nepasakysi, iš kur jos kilo; tačiau išmatavus orbitos parametrus galima atsekti ryšį su gimtuoju telkiniu, kartais net ir tada, kai paties telkinio nebėra likę. Paskutinio pažintinio straipsnio, apie kamuolinius spiečius, pabaigoje srautus jau minėjau, tačiau jie dažnai atsiranda ir prie didesnių darinių – nykštukinių galaktikų, kurios kartais įkrenta į Paukščių Taką. Jų liekanos dažnai yra ryškesnės, ilgaamžiškesnės, tad ir istoriją pasakoja aiškiau.

Srautų tyrimai yra vienas iš astronomijos šakos, vadinamos Galaktikos archeologija, kertinių elementų. Jie prasidėjo prieš maždaug tris dešimtmečius. Vienas pirmųjų atradimų padarytas 1994 metais. Tada mokslininkai, stebėdami žvaigždes Galaktikos centro kryptimi, aptiko kartu judančią pailgą jų grupę. Geriau išnagrinėjus paaiškėjo, kad tai – nykštukinė galaktika, pagal žvaigždyną, kuriame matoma, pavadinta Šaulio vardu. Ji artimesnė Paukščių Takui nei bet kuri iš dešimties kitų, kurias tuo metu žinojome, taip pat viena didžiausių ir masyviausių Paukščių Tako palydovių, bet už Galaktikos centro ją pamatyti iki tol buvo neįmanoma. Jei ne orbitų analizė, turbūt nebūtume jos aptikę ir dar ilgiau.

Kiek vėliau astronomai nustatė, kad iš Šaulio nykštukinės galaktikos pabėgusios žvaigždės juosia visą Paukščių Taką – sudaro 360 laipsnių apimančią juostą danguje. Tolimiausios juostai priklausančios narės nutolusios apie dešimt kartų toliau, nei Paukščių Tako centras, ir apie keturis kartus toliau, nei Šaulio nykštukinė galaktika yra dabar; tai rodo, kad galaktika skrieja labai ištempta orbita. Tačiau statmena kryptimi juosta yra siaura, nes žvaigždės, pabėgusios iš mažosios galaktikos, vis tiek juda labai panašiomis orbitomis, kaip ir anksčiau. Būtent ši žvaigždžių srautų savybė ir daro jas tokias naudingas Galaktikos formos ir masės tyrimams: jos, galima sakyti, rodo palydovinės galaktikos arba spiečiaus orbitos atvaizdą.

Orbitos formą lemia gravitacinis laukas, o šį – materijos pasiskirstymas. Pavyzdžiui, planetų orbitos Saulės sistemoje yra beveik tikslios elipsės, nes jas labiausiai traukia Saulė, kurios matmenys daug mažesni už pačios orbitos dydį. Kitų planetų ir mažesnių kūnų poveikis šiek tiek perturbuoja orbitą, todėl laikui bėgant elipsė gali truputį išsitempti ar susitraukti, pasvirti ar pasislinkti į kurią nors pusę. Bet šie pokyčiai labai nedideli. Galaktikoje yra kitaip: joje nėra vieno dominuojančio masyvaus taškinio gravitacijos šaltinio (centrinė juodoji skylė sudaro tik mažytę Galaktikos masės dalį ir, pavyzdžiui, Saulės judėjimui pastebimos įtakos neturi). Taigi ir orbitos daug įvairesnės bei sudėtingesnės, ir kinta daug labiau. Kol palydovė apsisuka aplink Galaktiką, jos orbita gali pastebimai pasisukti dėl sąveikos su pasklidusiu tamsiosios materijos halu. Toks posūkis bei kiti orbitos pokyčiai leidžia apskaičiuoti, kaip išsidėsčiusi materija Paukščių Take – ne tik regimoji, bet ir tamsioji, kurios kitaip tiesiogiai nagrinėti tiesiog neįmanoma.

Kad galėtume analizuoti srautų formą, pirmiausia turime juos aptikti. Dauguma srautus palikusių galaktikų yra jau seniai prarytos ar bent apskabytos tiek, kad identifikuoti jų kaip žvaigždžių telkinių nebeįmanoma. Patys srautai išsimaišę tiek, kad jiems priklausančias žvaigždes galima identifikuoti tik pagal orbitų panašumą. O kad apskaičiuotume orbitas, reikia labai tikslių duomenų tiek apie žvaigždės padėtį, tiek apie judėjimą. Dar 1999 metais grupė mokslininkų parodė, kad maždaug dešimtadalis Paukščių Tako halo žvaigždžių, kurių judėjimo parametrai buvo gana neblogai apskaičiuoti, sudaro panašiai judantį srautą. Visgi tikras proveržis atėjo po 2013 metų, kai darbą pradėjo Europos kosmoso agentūros misija Gaia. Per daugiau nei dešimtmetį ji išmatavo daugiau nei dviejų milijardų žvaigždžių padėtis erdvėje ir trimačius judėjimo greičius. 2018 metais dvi mokslininkų grupės šiuose duomenyse nepriklausomai atrado didžiausio Paukščių Tako patirto susiliejimo pėdsakus: grupę žvaigždžių, kurių judėjimo greičiai gerokai skyrėsi tiek nuo Galaktikos disko, tiek nuo halo populiacijų. Jie padarė išvadą, kad šią populiaciją atnešė galaktika, dabar vadinama Gaja-Enceladu, kuri prieš maždaug 10 milijardų metų įkrito į Paukščių Taką. Kartu ji atnešė ir bent keliolika kamuolinių spiečių, o pasklidusios žvaigždės sudaro nemenką dalį šiandieninio žvaigždinio halo.

Bet grįžkime prie srautų panaudojimo masės matavimams. Nuo 2018 metų vykdoma S5 apžvalga – pietiniame danguje matomų žvaigždžių srautų spektroskopinių tyrimų programa. Ji parodė, kad bent vieno srauto išlinkimo neišeina paaiškinti vien Paukščių Tako gravitacija. Priežastis – Didžiojo Magelano debesies gravitacija, kuri pritraukia srauto žvaigždes. Iškreipimo lygis priklauso nuo palydovinės galaktikos masės, taigi galima ją ir apskaičiuoti. Gautas rezultatas – beveik 200 milijardų Saulės masių. Jis dera su kitais būdais nustatyta Debesies mase, o tai svarbu dėl dviejų priežasčių. Dermė patvirtina metodo tinkamumą galaktikų masėms matuoti ir standartinio kosmologinio modelio prognozių apie galaktikų mases gerumą.

Ne visi srautus tempiantys telkiniai yra matomi. Pagal standartinį kosmologinį modelį Paukščių Tako hale turėtų būti daugybė “tamsių” materijos sankaupų: vien iš tamsiosios materijos sudarytų gumulų, kurių masė gali nuo milijono iki kelių šimtų milijonų kartų viršyti Saulės. 2018 metais pastebėta, jog vienas srautas, GD-1, turi keistą tarpą ir žvaigždžių atšaką. Abi savybes galima paaiškinti scenarijumi, kuriame srautą prieš pusę milijardo metų kirto masyvus medžiagos telkinys. Jokio žinomo žvaigždžių spiečiaus ar panašaus darinio orbita neina per numanomą susidūrimo vietą, taigi telkinys turėtų būti tamsus. Tiesa, nors apskaičiuota telkinio masė gerai atitinka standartinio kosmologinio modelio prognozes, jo tankis gerokai per didelis. Tokią kompaktišką struktūrą tamsiosios materijos dalelės galėtų sukurti tuo atveju, jei stipriai sąveikautų tarpusavyje ir skleistų tam tikrą “tamsiąją spinduliuotę” – ji leistų telkiniui vėsti ir trauktis. Šis “tarpusavyje sąveikaujančios tamsiosios materijos” modelis yra viena iš alternatyvų standartinei tamsiajai materijai, o GD-1 rezultatai suteikia jam rimtos paspirties. Kita vertus, nagrinėjant vieną anomaliją sudėtinga daryti apibendrintas išvadas. Taigi daugybė mokslininkų ieško ir naujų žvaigždžių srautų, ir tarpų juose bei modeliuoja įvairias gravitacines sąveikas bei kokius tarpus jos gali sukurti.

Detalios paieškos jau duoda rezultatų. Gaia praplėtė žinomų srautų skaičių nuo mažiau nei 20 iki beveik 200. Šiuo metu jau randami pirmieji srautai už Paukščių Tako ribų: prieš kiek daugiau nei metus paskelbtame tyrime, išnagrinėjus daugiau nei 700 galaktikų nuotraukas, aptikti 63 srautai. Šiemet kilsiantis Roman teleskopas jų turėtų aptikti tūkstančius, taip pat ir Andromedoje bei kitose aplinkinėse galaktikose. Taigi artimiausiais metais švytinčios rašalo gijos taps priemone nagrinėti ir kitas kosmines upes.

Laiqualasse

P. S. Apie antrąjį svarbiausią galaktinių archeologų arsenalo įrankį, žvaigždžių cheminės sudėties analizę, kviečiu skaityti sekančiame tekste.