Sąsiadki Mlecznej Drogi

Jako że Droga Mleczna ma dla nas szczególne znaczenie, bo to właśnie w niej mieszkamy, to pisząc o niej "galaktyka", zapisujemy to słowo dużą literą, jak nazwę własną (podobnie jak ma to miejsce w przypadku "Księżyca"). Nasza Galaktyka zawiera między 100 a 400 miliardów gwiazd. Szacuje się, że średnica jej dysku to ok. 100 tys. lat świetlnych. Słońce znajduje się mniej więcej 26 tys. lat świetlnych od centrum Galaktyki i okrąża je co 225-250 milionów lat.

Droga Mleczna zalicza się do Grupy Lokalnej Galaktyk, która liczy przynajmniej kilkadziesiąt galaktyk. Grupa Lokalna rozciąga się na około 10 milionów lat świetlnych. Tworzące ją skupiska gwiazd są ze sobą powiązane grawitacyjnie i wspólnie przemierzają przestrzeń kosmiczną. Grupa Lokalna przynależy z kolei do Supergromady w Pannie.

Celem niniejszego artykułu nie jest przedstawienie listy najbliższych Drodze Mlecznej Galaktyk. Stworzenie takiego rankingu nie jest bowiem proste z kilku powodów. Części galaktyk tworzących Grupę Lokalną prawdopodobnie astronomowie jeszcze nie zaobserwowali. Ich część mogą nam przysłaniać gwiazdy, gaz i pył naszej Drogi Mlecznej - zwłaszcza jeśli potencjalnie nieodkryte jeszcze skupiska leżą w płaszczyźnie Galaktyki. Ponadto w przypadku niektórych pobliskich obiektów nie jest do końca jasne dla naukowców, czym one faktycznie są.

Takie wątpliwości budzi np. odległy od nas o ok. 75 tys. lat świetlnych obiekt Segue 1, który może być albo sferoidalną galaktyką karłowatą, albo gromadą kulistą, czy też Willman 1 - gromada gwiazd lub galaktyka karłowata zlokalizowana w przybliżeniu w odległości 120 tys. lat świetlnych. W tekście skupimy się zatem na szczególnie interesujących czy też wyróżniających się sąsiadkach Drogi Mlecznej.

Galaktyka zwana Karłem Wielkiego Psa (Canis Major Dwarf Galaxy) jest najbliższą znaną nam sąsiadką Drogi Mlecznej. Znajduje się w odległości ok. 42 tys. lat świetlnych od centrum naszej Galaktyki oraz ok. 25 tys. lat świetlnych od Układu Słonecznego.

Karzeł Wielkiego Psa zawiera według szacunków astronomów ok. jednego miliarda gwiazd. Galaktyka ma kształt nieregularny. Ciągnie za sobą rozległą wstęgę gwiazd gazu i pyłu, nazywaną Pierścieniem Jednorożca (Monoceros Ring), która to struktura mierzy 200 tys. lat świetlnych i wydaje się trzykrotnie owinięta wokół Drogi Mlecznej na skutek tego, że Canis Major Dwarf orbituje wokół centrum Galaktyki.

Canis Major Dwarf została już przez Drogę Mleczną w znacznej części "połknięta". Proces jej konsumpcji trwa dalej, a w przyszłości Karzeł Wielkiego Psa zostanie najpewniej całkowicie wchłonięty przez swą znacznie potężniejszą sąsiadkę. Zdaniem naukowców orbitujące dziś wokół centrum Galaktyki gromady kuliste NGC 1851, NGC 1904, NGC 2298 i NGC 2808 mogły w przeszłości należeć do Karła Wielkiego Psa, zanim zostały przechwycone przez Drogę Mleczną.

Karłowata galaktyka w konstelacji Wielkiego Psa ma w sobie znaczną populację gwiazd typu widmowego M, które wyjątkowo jasno świecą w podczerwieni. Światło w tym zakresie jest w znacznie mniejszym stopniu niż światło widzialne blokowane przez pył i gaz, dzięki czemu możliwe było odkrycie Canis Major Dwarf. Odkrycie to nastąpiło w 2003 r., a dokonał go międzynarodowy zespół badaczy, wśród których znaleźli się przedstawiciele Australii, Francji, Włoch i Wielkiej Brytanii.

Nieco dalej od nas niż Karzeł Wielkiego Psa znajduje się sferoidalna lub eliptyczna karłowata galaktyka w gwiazdozbiorze Strzelca, znana jako SagDEG (Sagittarius Dwarf Elliptical Galaxy). Dzieli ją od nas mniej więcej 70 tys. lat świetlnych.

SagDEG jest niezbyt jasnym obiektem, a w dodatku galaktykę przesłaniają nam gaz i pył zgromadzone w centrum Drogi Mlecznej. SagDEG znajduje się po przeciwnej stronie dysku Galaktyki niż Słońce. Obiekt ten astronomowie odkryli w 1994 r. Odkrycia dokonali Rodrigo Ibata, Mike Irwin oraz Gerry Gilmore.

Sagittarius Dwarf Elliptical Galaxy liczy ok. 100 mln gwiazd i rozciąga się na 10 tys. lat świetlnych. Korpus tej galaktyki ustawiony jest pod kątem zbliżonym do 90° względem płaszczyzny Drogi Mlecznej. SagDEG ma w swoim wnętrzu przynajmniej kilka kulistych gromad gwiazdowych.

Istnieje teoria naukowa mówiąca o tym, że w przeszłości galaktyka karłowata w Strzelcu i Wielki Obłok Magellana stanowiły jedno wspólne zgrupowanie gwiazd. Wyodrębnienie SagDEG miało zostać spowodowane na skutek grawitacyjnego oddziaływania Galaktyki, które doprowadziło do wydarcia części gwiazd z pierwotnego zgrupowania.

Galaktyka Sagittarius Dwarf obecnie znajduje się ok. 50 tys. lat świetlnych od centrum Drogi Mlecznej. Jednocześnie SagDEG porusza się po stale zacieśniającej się orbicie wokół jądra swej znacznie większej towarzyszki. Jest to orbita polarna, co w praktyce oznacza, że opisywana galaktyka karłowata co jakiś czas przebija się przez płaszczyznę dysku Drogi Mlecznej. Badacze wyliczyli, że w przeszłości miały miejsce trzy takie przejścia: 5,7 mld lat temu, 1,9 mld lat temu oraz 1 mld lat temu.

Choć masa galaktyki karłowatej w Strzelcu to zaledwie 0,0001 masy Drogi Mlecznej, to jednak każde przejście mniejszej towarzyszki przez dysk naszej Galaktyki silnie oddziaływało na tę drugą. Zostało to dobrze wyjaśnione w tekście z 28 maja 2020 r. na portalu dzienniknaukowy.pl: "Nagłe wtargnięcie galaktyki SagDEG zakłóciło równowagę, powodując, że wszystkie dotychczas nieruchome gazy i pyły w naszej galaktyce zaczęły zachowywać się jak fale na wodzie - wyjaśnił [dr Tomás] Ruiz-Lara [z Instituto de Astrofísica de Canarias]. W niektórych obszarach Drogi Mlecznej zmarszczki te doprowadziły do wyższych stężeń pyłu i gazu, podczas gdy inne lokalizacje zostały z nich opróżnione. Wysoka gęstość materiału w niektórych obszarach spowodowała rozpoczęcie procesu formowania się gwiazd, jak sądzą badacze".

Ruiz-Lara i jego współpracownicy opublikowali w 2020 r. w "Nature Astronomy" artykuł o tym, że właśnie owe przeszłe okresy przedzierania się SagDEG przez dysk Drogi Mlecznej pokrywają się z czasami, kiedy w Galaktyce bardzo intensywnie formowały się nowe gwiazdy. To, kiedy w historii Galaktyki miały miejsce intensywne procesy gwiazdotwórcze, pokazały symulacje przeprowadzone przez badaczy na podstawie danych z kosmicznego obserwatorium Gaia. Według naukowców istnieje możliwość, że przejście Sagittarius Dwarf przez Drogę Mleczną, do którego doszło 5,7 mld lat temu, spowodowało kolaps grawitacyjny chmury pyłu i gazu, w efekcie którego narodziło się Słońce.

Kolejne forsowanie dysku Drogi Mlecznej przez galaktykę karłowatą w Strzelcu ma prawdopodobnie nastąpić za 10 mln lat. Natomiast w ciągu miliarda lat SagDEG zostanie całkowicie "pożarta" przez naszą Galaktykę.

Obłokami Magellana nazywane są dwie nieregularne galaktyki karłowate, widoczne na niebie nad południową półkulą naszej planety. Przypominają dwa obłoczki, które nocą można dostrzec gołym okiem. Mieszkańcom obszarów na południe od równika były one znane od niepamiętnych czasów. W Europie wiedza o nich zaczęła się upowszechniać w połowie II tysiąclecia naszej ery, m.in. za sprawą portugalskich wypraw dalekomorskich. Galaktyki te opisał Antonio Pigafetta, który uczestniczył w wyprawie Ferdynanda Magellana dookoła świata w latach 1519-1522. Jednakże nazwa nadana obłokom od nazwiska tego słynnego żeglarza, organizatora pierwszego rejsu wokół kuli ziemskiej, upowszechniła się w czasach późniejszych. Ich łacińska nazwa to Nubeculae Magellani.

Obłoki Magellana należą do Grupy Lokalnej. Prawdopodobnie orbitują wokół Galaktyki. Choć w pierwszej dekadzie obecnego stulecia pojawiły się badania wskazujące, że obydwa obłoki mogą jedynie mijać Drogę Mleczną w przestrzeni kosmicznej, nie będąc jej satelitami. Na to mogłaby wskazywać zbyt duża prędkość galaktyk karłowatych, przy której Galaktyka byłaby nie dość masywna, by utrzymać obłoki na orbicie wokół siebie.

Mały Obłok Magellana znajduje się w odległości około 75 tys. lat od Wielkiego Obłoku Magellana. Obie galaktyki orbitują też wokół siebie nawzajem. Na sferze niebieskiej obiekty te dzieli odległość kątowa wynosząca 21°. Niektóre obserwacje i modele teoretyczne wskazują, że grawitacyjne interakcje z Drogą Mleczną mogły w przeszłości istotnie wpłynąć na widoczne współcześnie kształty obydwu obłoków. Za Nubeculae Magellani ciągnie się rozległa wstęga gazowych obłoków typu HVC (High-Velocity Cloud), zwana Strumieniem Magellanicznym. Obserwacje tej struktury prowadzi się w zakresie fal radiowych. Strumień ów rozciąga się na nieboskłonie na mniej więcej 180°.

Wielki Obłok Magellana (Large Magellanic Cloud - LMC) to nieregularna galaktyka karłowata. W jej budowie widoczne są pozostałości poprzeczki oraz struktury spiralnej, co wskazuje na to, że w przeszłości była ona najpewniej galaktyką spiralną z poprzeczką. Przekształceniu do postaci widocznej obecnie LMC uległ prawdopodobnie na skutek interakcji grawitacyjnych z Drogą Mleczną oraz z Małym Obłokiem Magellana.

Na sferze niebieskiej Wielki Obłok Magellana umiejscowiony jest w gwiazdozbiorach Złotej Ryby oraz Góry Stołowej. W sprzyjających warunkach obserwacyjnych widać go z południowej półkuli Ziemi oraz z szerokości geograficznych w zakresie od 0 do 20°N dla półkuli północnej. O tej galaktyce w 964 r. pisał w swojej książce perski astronom Al Sufi.

LMC ma średnicę 14 tys. lat świetlnych oraz masę 10 miliardów mas Słońca. Jest to czwarta największa galaktyka w Grupie Lokalnej po Galaktyce Andromedy, Drodze Mlecznej oraz Galaktyce Trójkąta.

Wielki Obłok Magellana zawiera w sobie bogate pokłady gazu i pyłu. We wnętrzu tej galaktyki zachodzą intensywne procesy gwiazdotwórcze. Owocem badań LMC było odnalezienie w nim przez astronomów 60 gromad kulistych, 400 mgławic planetarnych oraz 700 gromad otwartych, a także wykrycie setek tysięcy gwiazd olbrzymów i nadolbrzymów. W galaktyce tej znajduje się Mgławica Tarantula uznawana za najbardziej aktywny gwiazdotwórczo obszar w całej Grupie Lokalnej Galaktyk.

Odległość dzieląca nas od Wielkiego Obłoku Magellana wynosi ok. 161 tys. lat świetlnych. Dystans ten znamy dziś z dokładnością do 1 proc. dzięki rezultatom badań międzynarodowego zespołu astronomów pod kierunkiem prof. Grzegorza Pietrzyńskiego z Centrum Astronomicznego Mikołaja Kopernika PAN. Wyniki tych badań zostały opublikowane w marcu 2019 r. na łamach "Nature".

Zmierzenie dystansu dzielącego nas od LMC z tak dużą precyzją ma ogromne znaczenie dla rozwoju astronomii. To dlatego, że odległość ta stanowi swoisty układ referencyjny służący do mierzenia odległości w kosmosie do innych dalekich obiektów. Precyzyjne poznanie odległości do Wielkiego Obłoku Magellana daje naukowcom nadzieję na osiągnięcie 3-procentowej dokładności przy wyznaczaniu stałej Hubble’a, dotyczącej tempa rozszerzania się Wszechświata.

W lutym 1987 r. w LMC pojawiła się supernowa SN 1987A. Była to najbliższa Ziemi zaobserwowana supernowa od czasu tzw. Gwiazdy Keplera z 1604 r. n.e., oznaczonej SN 1604.

Istnieją obliczenia astronomów wskazujące, że za ok. 2,4 mld lat Wielki Obłok Magellana połączy się z naszą Galaktyką.

Mały Obłok Magellana (Small Magellanic Cloud - SMC) znajduje się w konstelacjach Tukana i Węża Wodnego. SMC położony jest w odległości ok. 200 tys. lat świetlnych od Drogi Mlecznej.

Ta galaktyka karłowata ma średnicę 7 tys. lat świetlnych. Szacuje się, że liczy ona 3 miliardy gwiazd. Jej masa zdaniem naukowców stanowi równowartość 6,5-7 mld mas Słońca. W SMC znajdują się przykładowo takie obiekty jak otwarte gromady gwiazdowe NGC 265 oraz NGC 346, odkryte w pierwszej połowie XIX wieku.

Badacze przypuszczają, że Mały Obłok Magellana mógł być w przeszłości galaktyką spiralną z poprzeczką. Jej dzisiejszy nieregularny kształt jest najpewniej efektem grawitacyjnego oddziaływania Drogi Mlecznej na tę istotnie mniejszą galaktykę. Wewnątrz SMC można wciąż dostrzec pozostałość struktury przypominającej galaktyczną poprzeczkę.

Galaktyka Małego Obłoku Magellana łączy się z Wielkim Obłokiem Magellana przez zbudowaną z neutralnego wodoru i zawierającą w sobie pewną liczbę gwiazd strukturę nazywaną Mostem Magellana (Magellanic Bridge - MBR). MBR jest miejscem narodzin nowych gwiazd. LMC i SMC posiadają również wspólną zbudowaną z neutralnego wodoru otoczkę, co zdaniem naukowców wskazuje na to, że te dwie karłowate galaktyki muszą być już od dawna powiązane ze sobą grawitacyjnie.

Polscy astronomowie działający w ramach projektu OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment) odkryli natomiast zbudowany z młodych gwiazd most tworzący ciągłe połączenie pomiędzy oboma Obłokami Magellana. Tak pisali w swojej publikacji naukowej z 2014 r.: "Stwierdzamy, że młoda populacja jest obecna głównie w zachodniej połowie obszaru Mostu Magellana (MBR), która wraz z nowo odkrytą młodą populacją we wschodnim Moście tworzy ciągły strumień gwiazd łączący obie galaktyki. Młoda populacja [gwiazd] rozmieszczona jest

w skupiskach, z jednym z głównych zagęszczeń w pobliżu Małego Obłoku Magellana (SMC), a drugim, dość odizolowanym i położonym mniej więcej w połowie odległości między Obłokami, które nazywamy wyspą OGLE".

Droga Mleczna i Galaktyka Andromedy to dwie największe i zdecydowanie dominujące w Grupie Lokalnej galaktyki. Galaktyka Andromedy znana też jako M31 (Messier 31) ma istotnie większą niż nasza rodzima Galaktyka średnicę, liczącą

ok. 220 tys. lat świetlnych. Natomiast wyniki badań z ubiegłej dekady wskazują, że Droga Mleczna przy swojej masie 1,5 biliona mas Słońca jest znacząco masywniejsza od M31, liczącej sobie około 800 miliardów mas Słońca. Na podstawie obserwacji z użyciem Kosmicznego Teleskopu Spitzera w 2006 roku stwierdzono, że Messier 31 może liczyć nawet bilion gwiazd.

Galaktyka Andromedy znajduje się na nieboskłonie w konstelacji Andromedy i zalicza się do obiektów, które w sprzyjających warunkach obserwacyjnych można dostrzec gołym okiem. Nieuzbrojonym okiem dostrzeżemy na niebie tylko zgrubienie centralne galaktyki M31. Gdybyśmy mogli dostrzec cały jej dysk, zauważylibyśmy, że rozciąga się on na sferze niebieskiej na ok. 3°, czyli 6 razy więcej, niż wynosi rozmiar kątowy Księżyca w pełni.

Messier 31 posiada nie mniej niż kilkanaście karłowatych galaktyk satelitarnych. Wśród galaktyk orbitujących wokół Galaktyki Andromedy dobrze rozpoznane są obiekty M32 oraz M110. Pośród licznych gromad kulistych należących do M31 znajduje się Mayall II, uznawana za najjaśniejszą – pod względem jasności absolutnej - kulistą gromadę gwiazdową w Grupie Lokalnej Galaktyk. Gromada znana jest także jako "Globular One". Istnieje teoria, że może to być dawne jądro galaktyczne, stanowiące pozostałość po galaktyce karłowatej wchłoniętej przez M31. Obiekt Mayall II może posiadać centralną czarną dziurę.

Odległość dzieląca obecnie Drogę Mleczną i galaktykę Messier 31 wynosi ok. 2,5 miliona lat świetlnych. Jednocześnie Galaktyka Andromedy zbliża się do naszej Galaktyki z prędkością 110 km/s. Za około 4,5 miliarda lat rozpocznie się długofalowy proces zderzania się obydwu dużych galaktyk spiralnych. Prawdopodobnie docelowo Galaktyka połączy się z M31, w efekcie czego powstanie ogromna galaktyka eliptyczna.

Galaktyka Trójkąta stanowi trzeci co do wielkości obiekt w naszej Grupie Lokalnej, po Galaktyce Andromedy i Drodze Mlecznej. Jest ona też najmniejszą galaktyką spiralną w Lokalnej Grupie Galaktyk.

Prawdopodobnie Galaktyka Trójkąta została po raz pierwszy zaobserwowana przez włoskiego astronoma Giovanniego Battistę Hodiernę przed rokiem 1654. Nieco ponad sto lat później zupełnie niezależnie odkrył ją Charles Messier w sierpniu 1764 r. Umieścił ją w swoim słynnym katalogu pod nazwą Messier 33, w skrócie M33.

Messier 33 mierzy ok. 60 tys. lat świetlnych, a zawiera w przybliżeniu 40 miliardów gwiazd. Galaktyka znajduje się w odległości 2,4-3 mln lat świetlnych od nas i często określana jest jako najdalszy obiekt widoczny na nocnym niebie nad Ziemią gołym okiem - oczywiście w bardzo sprzyjających warunkach obserwacyjnych. M33 jest widoczna w Gwiazdozbiorze Trójkąta, niecałe 31° ponad równikiem niebieskim.

Dotychczasowe badania wskazują, że M33 może posiadać co najmniej kilkadziesiąt kulistych gromad gwiazdowych. W 2007 r. astronomowie odkryli w tej galaktyce potężną gwiazdową czarną dziurę M33 X-7 o masie 15,7 mas Słońca. M33 X-7 jest elementem układu podwójnego, który współtworzy z gwiazdą o masie 70 mas Słońca i wokół której to gwiazdy krąży. Gwiazda regularnie przesłania nam wspomnianą czarną dziurę co 3,45 dnia. W chwili jej wykrycia M33 X-7 była najpotężniejszą znaną gwiazdową czarną dziurą.

Najprawdopodobniej Galaktyka Trójkąta orbituje wokół Galaktyki Andromedy, a w przyszłości zostanie przez tę swoją większą sąsiadkę wchłonięta. M31 i M33 leżą w odległości ok. 750 tys. lat świetlnych od siebie. Niektóre obserwacje wskazują, że obie galaktyki łączy strumień neutralnego wodoru.

W przeciwieństwie do Drogi Mlecznej i Galaktyki Andromedy Messier 33 nie posiada zgrubienia centralnego, stanowiąc płaski dysk. Według badaczy M33 najprawdopodobniej nie ma też w swoim centrum supermasywnej czarnej dziury.

Patrząc w szerokim kontekście, dystanse pomiędzy rozrzuconymi we Wszechświecie galaktykami zwiększają się. Nie tyle same galaktyki oddalają się od siebie, ile nieustannie rozszerza się przestrzeń pomiędzy nimi, co jest pokłosiem postępującej ekspansji Wszechświata.

Natomiast nasze sąsiadki z Grupy Lokalnej przez kolejne miliony lat pozostaną w naszym najbliższym kosmicznym otoczeniu. Będąc powiązanymi grawitacyjnie z Drogą Mleczną, wspólnie z nami przemierzają przestrzeń kosmiczną. Skoro wiemy, że obiekty te na długo pozostaną z nami, warto je lepiej poznać. Być może wiedza o kosmicznych towarzyszkach Galaktyki pomoże nam lepiej zrozumieć procesy zachodzące w Drodze Mlecznej oraz genezę Układu Słonecznego, póki co jedynego znanego nam systemu planetarnego zawierającego planetę zamieszkałą przez istoty rozumne.

Autor: Paweł Ziemnicki

Źródło: miesięcznik Astronomia 6/2022, www.astronomia.media.pl