Вся історія зореутворення в одній фотографії

Художнє зображення Космічного телескопа ім. Спітцера. Ріс. з сайту www.spitzer.caltech.edu

Новий портрет нашого зоряного дому — галактики Чумацький Шлях — створений за допомогою Космічного телескопа ім. Спітцера в інфрачервоному діапазоні. На цьому портреті є все: і зародки майбутніх зірок, і зірки, які тільки-тільки народилися, і доросле зоряне населення нашої Галактики, і вмирають зірки.

Космічний телескоп ім. Лаймана Спітцера (далі — просто «Спітцер») — одна з Великих обсерваторій НАСА. Цей інфрачервоний інструмент з дзеркалом діаметром 85 сантиметрів працює на орбіті з 2003 року. «Спітцер» здатний проводити спостереження космічних об’єктів у широкому діапазоні довжин хвиль — від 3 до 160 мікрон (1 мікрон — одна мільйонна частина метра); для порівняння: людське око може сприймати світло з довжиною хвилі менше 0,8 мікрон. А оскільки інфрачервоне світло не може пробитися крізь товщу земної атмосфери, його можуть приймати тільки спеціальні камери, поміщені за її межами, у відкритому космосі, — тобто на космічному телескопі.

ІК-діапазон дуже інформативний. У ньому можна побачити хмари міжзоряного газу і пилу, в яких народжуються нові зірки, визначити маси цих хмар, щільність і температуру газу в них. Без цієї інформації неможливо зрозуміти де, як і з якою швидкістю утворюються зірки. Складні молекули, в тому числі органічні, випромінюють в ВК-діапазоні. Проводячи спостереження в цьому діапазоні, астрономи намагаються знайти все більш і більш складні молекули, зокрема найпростіші амінокислоти. Кінцева мета цих пошуків — розгадати загадку появи життя на Землі. Крім того, міжзоряний пил, що поглинає ультрафіолетове світло зірок, частково прозорий для ВК-випромінювання, що виходить від них. Завдяки цьому астрономи можуть побачити дуже далекі об’єкти і вивчати не тільки появу життя і народження зірок, а й народження самого Всесвіту.

3 червня на 212-му з’їзді Американського астрономічного товариства команда «Спітцера» представила результат багаторічної роботи — найбільше і найбільш детальне ВК-зображення Чумацького Шляху, яке охоплює дуже велику частину неба завширшки 120 градусів (по 60 градусів вправо і вліво від центру Галактики) і висотою в 2 градуси дуги (див. 1 і 2).

Ріс. 1. Інфрачервоне зображення Чумацького Шляху, отримане «Спітцером». Верхня і друга панель показують крайню ліву і ліву частини фотографії, центральна — зображення центру Галактики, а дві нижніх — праву і крайню праву частини фотографії. Фото з сайту www.spitzer.caltech.edu

Чому зображення у висоту становить лише 2 градуси? Справа в тому, що Чумацький Шлях, в якому знаходяться Сонце, а разом з ним і планета Земля, багато мільярдів зірок і міжзоряний газ, являє собою плоский диск, діаметр якого, мабуть, досягає 100 тис. світлових років, товщина зіркової складової диска — 12 тис., а газової — 1 тис. світлових років. Сонце разом з навколишніми планетами знаходиться в площині галактичного диска на відстані 26 тис. світлових років від центру Галактики, тобто приблизно на половині її радіусу. Тому ми бачимо Галактику з ребра як вузьку смужку світла, що проходить по всьому небу. «Спітцер» же здатний розрізняти дрібні деталі в цій смужці — об’єкти, віддалені від Землі на відстані до 60 тис. світлових років. Тому на фотографії ми бачимо галактичний диск пористим і можемо навіть заглянути в ту частину Галактики, яка знаходиться за її центром.

Ріс. 2. Інфрачервоне зображення центральної частини Чумацького Шляху, отримане «Спітцером». Фото з сайту проекту «Міпсгал». Там же можна побачити всю фотографію цілком у великому масштабі і з назвами відомих об’єктів

Ця фотографія (рис. 1) складена більш ніж з 800 тис. окремих знімків. Над нею працювали дві великі дослідницькі групи, спеціально створені для проведення оглядів неба. Перша група — проект «Глімпс» (GLIMPSE, Galactic Legacy Infrared Mid-Plane Survey Extraordinaire) — відповідає за дослідження на інфрачервоній камері; друга — проект «Міпсгал» (MIPSGAL) — проводить спостереження з мультиволновым фотометром. На фотографії червоним кольором представлено випромінювання на довжині хвилі 24 мікрони, зеленим — 8 мікрон, блакитним — 3,6 мікрон. Як з трьох різних кольорів скласти одне зображення, показано на рис. 3.

На цій чудовій фотографії ми можемо бачити всю історію зіроутворення в нашій Галактиці. Ті туманні області, які містять зародки майбутніх зірок і зірки, що ледь народилися, пофарбовані зеленим кольором. У «зелених» областях виникає випромінювання складних органічних молекул — так званих поліароматичних вуглеводнів. Кожна зелена область — околиці однієї молодої зірки або цілого скупчення. Складні молекули містяться в тому батьківському газі, де була народжена зірка (або скупчення), вони освітлюються нею і випромінюють в ВК-діапазоні. На Землі точно такі самі молекули можна виявити у складі автомобільних вихлопів і зляканих на багатті сосисок. Взагалі, скрізь, де є вуглецеві молекули, які згоріли не до кінця, ми знайдемо поліароматичні вуглеводні.

Також на фотографії ми бачимо викривлені темні борозни на тлі зелених туманностей. Борозни насправді являють собою «бульбашки». Це порожні області, з яких зірковий вітер від молодої зірки видув батьківську речовину — пил і газ. Самі молоді зірки видно на знімку як жовті і червоні точки. Клочкуваті комочки червоного кольору, які наповнюють більшу частину бульбашок, — це випромінювання часточок пилу, що складаються з графіту.

Блакитні плями, розкидані по фотографії, — це окремі, вже дорослі зірки Чумацького Шляху, а біло-блакитний туман в центрі Галактики — їх розсіяне світло. Оскільки в центрі Галактики зірок більше, то і туман в центрі більш концентрований. Якщо придивитися уважніше і збільшити масштаб, то можна побачити помаранчеві округлі плями — це пилові оболонки поблизу вмираючих або вже померлих зірок.

Рис, 3. Внизу: зображення газової туманності, отримане за спостереженнями випромінювання з довжиною хвилі 4,5 мікрон (синє), 8 мікрон (зелене) і 24 мікрони (червоне). Вгорі: композитне зображення туманності. Фото з сайту www.astro.wisc.edu

Зображення, отримане «Спітцером», перевершує за якістю всі коли-небудь отримані інфрачервоні зображення, оскільки чутливість інструментів «Глімпс» і «Міпсгал» (тобто здатність детектувати навіть слабке випромінювання) безпрецедентно висока, кутовий розмір цього зображення не має аналогів у своєму класі, а просторова роздільна цій фотографії (можливість розрізнити на ній далекі об’єкти). За словами керівника групи «Міпсгал» Шона Карея (Sean Carey), зараз ми можемо бачити ціле зоряне скупчення там, де раніше бачили просто одиночну світлу точку.

Дані «Спітцера» — це не тільки приголомшливо цікаве зображення. Всі знімки будуть використані для пошуку відповідей на фундаментальні наукові питання: як утворюються масивні зірки (зірки малої маси тут просто не видно), скільки спіральних рукавів має Чумацький Шлях, з якою швидкістю в ньому йде процес зореутворення і багато інших. А оскільки в даний час ні у НАСА, ні у кого б то не було ще немає планів по створенню космічного ІК-телескопа, якість якого перевершила б якість «Спітцера», ці дані — найкраще з того, що ми маємо на сьогоднішній день і будемо мати в осяжному майбутньому. Епоха «великих інфрачервоних відкриттів», яка настане незабаром після початку масової інтерпретації отриманих «Спітцером» даних, не за горами!

Подивитися фотографії Чумацького Шляху, отримані «Спітцером», можна тут.

Джерела:

1) C. Watson et al. IR Dust Bubbles: Probing the Detailed Structure and Young Massive Stellar Populations of Galactic HII Regions // arXiv:0806.0609v1, 3 Jun 2008.

2) Spitzer Captures Stellar Coming of Age in Our Galaxy — повідомлення прес-служби Космічного телескопа ім. Спітцера.3

) Офіційний сайт 212-го з’їзду Американського астрономічного товариства.

Марія Кірсанова