Ciekawostki o Drodze Mlecznej: 38 sprawdzonych faktów

Pierwszego wiarygodnego pomiaru rozmiarów Drogi Mlecznej dokonał w 1917 r. amerykański astronom Harlow Shapley. Zakładając, że gromady kuliste wyznaczają zarys Galaktyki, obliczył, że ma ona średnicę około 100 tys. lat świetlnych. Jego wyniki zaskakująco dobrze przetrwały próbę czasu. Galaktyka składa się z kilkuset miliardów gwiazd, a jedną z nich jest Słońce.[1]

Według pomiarów Teleskopu Hubble’a i satelity Gaia ogłoszonych w 2019 r. masa Drogi Mlecznej wynosi około 1,5 bln mas Słońca. Wynik dotyczy obszaru w promieniu 129 tys. lat świetlnych od środka Galaktyki. Wcześniejsze szacunki masy Drogi Mlecznej były bardzo rozbieżne i wahały się od 500 mld do 3 bln mas Słońca.[2]

Według ESA/Hubble ciemna materia stanowi około 90% masy Drogi Mlecznej. Jej rozkład był głównym źródłem niepewności dawnych pomiarów masy. W pomiarze z 2019 r. połączono dane satelity Gaia dla 34 gromad kulistych i dane Teleskopu Hubble’a dla 12 dalszych gromad. Hubble obserwował słabe i odległe gromady kuliste, położone nawet 130 tys. lat świetlnych od Ziemi.[2]

Zdjęcia w podczerwieni z Kosmicznego Teleskopu Spitzera pokazały, że spiralną budowę Drogi Mlecznej wyznaczają głównie 2 ramiona: Tarczy-Centaura i Perseusza. Ramiona Węgielnicy i Strzelca uznano wtedy za mniejsze, wypełnione głównie gazem i obszarami powstawania gwiazd. W 2020 r. ESA podała jednak, że dane satelity Gaia dają wyraźne dowody na 4 ramiona spiralne.[3][4]

Według Royal Museums Greenwich dysk Drogi Mlecznej ma około 1000 lat świetlnych grubości w rejonie ramion spiralnych. W centralnym zgrubieniu grubość rośnie do około 10 tys. lat świetlnych. Zespół OGLE z Uniwersytetu Warszawskiego podaje, że w odległości Słońca dysk ma około 500 lat świetlnych grubości, a Słońce leży około 50 lat świetlnych nad jego płaszczyzną.[5][6]

W 2019 r. astronomowie z projektu OGLE z Uniwersytetu Warszawskiego opublikowali w „Science” mapę Drogi Mlecznej opartą na ponad 2400 cefeidach. Mapa pokazała, że dysk galaktyczny jest płaski do 25 tys. lat świetlnych od centrum, a dalej ulega zakrzywieniu. Cefeidy mogą tam być przesunięte nawet o 4,5 tys. lat świetlnych od płaszczyzny dysku. Odległości do tych pulsujących nadolbrzymów można wyznaczyć z dokładnością lepszą niż 5%.[6]

Dane satelity Gaia o ponad 1 mld gwiazd pokazały, że zakrzywienie dysku Drogi Mlecznej powoli się obraca. Według Eloisy Poggio pełny obrót wokół środka Galaktyki zajmuje mu od 600 do 700 mln lat. To wolniej niż ruch samych gwiazd wokół centrum. Przyczyną zakrzywienia może być trwające zderzenie z inną, mniejszą galaktyką. Wyniki opublikowano w „Nature Astronomy”.[7]

Układ Słoneczny znajduje się około 27 tys. lat świetlnych od środka Drogi Mlecznej, podaje zespół OGLE z Uniwersytetu Warszawskiego. Słońce leży w pobliżu małego, częściowego ramienia zwanego Ramieniem Oriona, między ramionami Strzelca i Perseusza. Według Britanniki obiega centrum Galaktyki z prędkością około 250 km/s.[6][8][3]

Według NASA Układ Słoneczny porusza się wokół środka Drogi Mlecznej ze średnią prędkością 828 tys. km/h. Mimo to jedno pełne okrążenie trwa około 230 mln lat. ESA w materiale o badaniach satelity Gaia podaje nieco krótszy czas, około 220 mln lat. Prędkość 828 tys. km/h to w przeliczeniu około 230 km/s.[9][7]

Royal Museums Greenwich podaje, że Droga Mleczna ma około 13,6 mld lat. W 2024 r. Khyati Malhan i Hans-Walter Rix opisali Shakti i Shivę, 2 fragmenty protogalaktyczne, które połączyły się z wczesną Drogą Mleczną 12–13 mld lat temu. Do ich odkrycia połączyli dane prawie 6 mln gwiazd z satelity Gaia z pomiarami przeglądu nieba SDSS.[5][10]

Dane satelity Gaia pokazały, że około 10 mld lat temu z Drogą Mleczną zderzyła się galaktyka nazwana Gaia-Enceladus. Badacze zauważyli w okolicy Słońca grupę 30 tys. gwiazd, które poruszają się w zsynchronizowany sposób, inaczej niż reszta próbki 7 mln gwiazd. Droga Mleczna była wtedy tylko 4 razy większa od Gai-Enceladusa.[11][4]

Galaktyka karłowata w Strzelcu wpadała w Drogę Mleczną co najmniej 3 razy: około 5–6 mld, 2 mld i 1 mld lat temu. Badacze znaleźli w Drodze Mlecznej 3 okresy wzmożonego powstawania gwiazd ze szczytami 5,7 mld, 1,9 mld i 1 mld lat temu. Jeden z nich zbiegł się z powstaniem Słońca około 4,7 mld lat temu. Galaktyka w Strzelcu jest 10 tys. razy mniej masywna od Drogi Mlecznej.[12][4]

Droga Mleczna zawiera ponad 150 gromad kulistych. Dokładna liczba nie jest znana, bo pył może zasłaniać część z nich. Gromady tworzą niemal kulistą otoczkę wokół Galaktyki i skupiają się ku jej środkowi. Mają średnio jasność około 25 tys. Słońc, a najjaśniejsze są 50 razy jaśniejsze. Ich średnice wynoszą od 10 do 300 lat świetlnych.[13]

Wszystkie zmierzone dotąd gromady kuliste w Drodze Mlecznej mają od 11 do 13 mld lat. To najstarsze obiekty w Galaktyce, które musiały powstać jako jedne z pierwszych. Zawierają bardzo mało pierwiastków cięższych od helu, nawet tylko 0,02% masy, podczas gdy w dzisiejszym gazie międzygwiazdowym jest ich około 2%. Pierwiastki te wytworzyły kolejne pokolenia gwiazd.[13]

Spośród gromad otwartych w promieniu 3 tys. lat świetlnych od Słońca tylko połowa może przetrwać dłużej niż 200 mln lat, a zaledwie 2% może dożyć 1 mld lat. Gromady otwarte są mniejsze i luźniejsze od kulistych, a siły pływowe Galaktyki stopniowo je rozrywają. Większość ma mniej niż 200 mln lat, a niektóre tylko 1–2 mln lat.[13]

12 maja 2022 r. zespół Teleskopu Horyzontu Zdarzeń (EHT) pokazał pierwszy obraz Sagittarius A*, supermasywnej czarnej dziury w środku Drogi Mlecznej. Jest ona 4 mln razy masywniejsza od Słońca. Samej czarnej dziury nie widać, ale świecący wokół niej gaz tworzy jasny pierścień wokół ciemnego cienia. Rozmiar pierścienia zgadza się z przewidywaniami ogólnej teorii względności Einsteina.[14]

Czarna dziura w środku Galaktyki leży około 27 tys. lat świetlnych od Ziemi, dlatego na niebie wydaje się tak mała jak pączek leżący na Księżycu. Aby ją sfotografować, naukowcy połączyli 8 radioobserwatoriów na całym świecie w jeden wirtualny teleskop wielkości Ziemi. Obserwacje prowadzono przez kilka nocy w 2017 r. Czarna dziura w Drodze Mlecznej jest ponad 1000 razy mniejsza i lżejsza od M87*, sfotografowanej w 2019 r.[14]

6 października 2020 r. połowę Nagrody Nobla z fizyki przyznano Reinhardowi Genzelowi i Andrei Ghez, a drugą połowę Rogerowi Penrose’owi. Od początku lat 90. XX w. zespoły Genzela i Ghez badały obszar Sagittarius A* w centrum Galaktyki. Śledząc orbity najjaśniejszych gwiazd, wykazały, że około 4 mln mas Słońca mieści się w obszarze nie większym niż Układ Słoneczny. Supermasywna czarna dziura to jedyne znane dziś wyjaśnienie.[15]

Gwiazda S2 obiega czarną dziurę w centrum Drogi Mlecznej co 16 lat po bardzo wydłużonej orbicie. W najbliższym punkcie orbity jest mniej niż 20 mld km od czarnej dziury i pędzi z prędkością ponad 25 mln km/h. Pomiary instrumentów GRAVITY, SINFONI i NACO na Bardzo Dużym Teleskopie ESO, ogłoszone w 2018 r., pozwoliły po raz pierwszy sprawdzić ogólną teorię względności w pobliżu supermasywnej czarnej dziury. Był to efekt 26 lat obserwacji.[16]

27 marca 2024 r. zespół Teleskopu Horyzontu Zdarzeń (EHT) pokazał nowy obraz Sagittarius A*, czarnej dziury w środku Drogi Mlecznej, w świetle spolaryzowanym. Astronomowie po raz pierwszy zmierzyli polaryzację tak blisko krawędzi Sagittarius A*. Polaryzacja jest śladem pól magnetycznych. Linie na obrazie pokazują jej kierunek, związany z polem magnetycznym wokół cienia czarnej dziury.[17]

W 2024 r. naukowcy misji Gaia ogłosili odkrycie w Drodze Mlecznej czarnej dziury Gaia BH3 o masie prawie 33 mas Słońca. Leży ona w gwiazdozbiorze Orła, 1926 lat świetlnych od Ziemi. Średnia masa znanych czarnych dziur pochodzenia gwiazdowego w Galaktyce wynosi około 10 mas Słońca, a masę Cyg X-1 szacuje się na około 20 mas Słońca. Gaię BH3 obiega gwiazda w odległości około 16 odległości Ziemi od Słońca.[18]

Gwiazda S5-HVS1 porusza się z prędkością około 6 mln km/h, czyli około 1700 km/s, 10 razy szybciej niż większość gwiazd Drogi Mlecznej. Według badaczy wyrzuciła ją czarna dziura Sagittarius A* około 5 mln lat temu. Gwiazda jest 29 tys. lat świetlnych od Ziemi i na zawsze opuści Galaktykę. Odkryto ją 3,9-metrowym Teleskopem Anglo-Australijskim, a wyniki opisano w 2019 r.[19]

W 2010 r. NASA opisała ogromną strukturę w Drodze Mlecznej, wykrytą w danych Kosmicznego Teleskopu Promieniowania Gamma Fermi. Tworzą ją bąble promieniowania gamma, a każdy z nich ma 25 tys. lat świetlnych wysokości. Od końca do końca bąble mają 50 tys. lat świetlnych, czyli mniej więcej połowę średnicy Galaktyki. Cała struktura może mieć zaledwie kilka milionów lat.[20]

W grudniu 2020 r. zespół teleskopu eROSITA opisał w „Nature” wielkie bąble w halo Drogi Mlecznej. Mają one do 50 tys. lat świetlnych średnicy i są wyraźnie większe od bąbli Fermiego. Ich powstanie wymagało energii około 10^56 ergów, czyli tyle, ile uwalnia 100 tys. wybuchów supernowych.[21]

Galileusz (1564–1642) za pomocą lunety wykazał, że Droga Mleczna to masa niezliczonych gwiazd, których nie da się rozróżnić gołym okiem. Przez wieki filozofowie zażarcie spierali się o jej prawdziwą naturę. W dziele „Sidereus Nuncius” Galileusz umieścił 2 ryciny: pas i miecz Oriona z 80 nowymi gwiazdami oraz Plejady z 30 gwiazdami niewidocznymi gołym okiem.[22]

W 1923 r. Edwin Hubble obserwował w galaktyce Andromedy gwiazdę zmienną V1 i dzięki niej wykazał, że Andromeda leży poza naszą Galaktyką. Wcześniej sądzono, że mgławice spiralne, takie jak Andromeda, są częścią Drogi Mlecznej. W 1920 r. Harlow Shapley i Heber Curtis odbyli publiczną debatę o naturze tych mgławic. Gwiazdy takie jak V1 pozwalają wiarygodnie mierzyć duże odległości w kosmosie.[23]

3 grudnia 2020 r. ESA udostępniła wczesne 3. wydanie danych satelity Gaia (EDR3) z dokładnymi pozycjami i jasnościami 1,8 mld gwiazd. Dane zebrano w ciągu prawie 3 lat obserwacji. Katalog obejmuje gwiazdy milion razy słabsze od tych, które widać gołym okiem. Pełne 3. wydanie danych misji Gaia (DR3) także obejmuje 1,8 mld gwiazd Drogi Mlecznej.[24][25]

Według badania opisanego w 2012 r. w „Nature” Droga Mleczna zawiera co najmniej 100 mld planet. Statystycznie na każdą gwiazdę przypada co najmniej 1 planeta. Badanie oparto na 6 latach obserwacji zespołu PLANET metodą mikrosoczewkowania. Z szacunków wynika, że w Galaktyce jest ponad 10 mld planet typu ziemskiego, a w promieniu 50 lat świetlnych od Ziemi co najmniej 1500 planet.[26]

We wrześniu 1990 r. Aleksander Wolszczan, absolwent Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu, odkrył radioteleskopem w Arecibo pierwsze 3 planety poza Układem Słonecznym. Krążą one wokół pulsara PSR 1257+12 w gwiazdozbiorze Panny. Odkrycie przedstawił w 1992 r. na zjeździe Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego w Atlancie. NASA opisuje je jako pierwsze planety jakiegokolwiek rodzaju znalezione poza Układem Słonecznym.[27][28]

W 2019 r. 3 naukowców związanych z Instytutem Radcliffe’a opisało falę obłoków gazu, w których rodzą się gwiazdy. Fala Radcliffe’a ma około 9000 lat świetlnych długości i 400 lat świetlnych szerokości, a faluje do około 500 lat świetlnych nad i pod dyskiem Galaktyki. W najbliższym miejscu Słońce jest od niej tylko 500 lat świetlnych. Słońce przecięło tę falę około 13 mln lat temu.[4][29]

Wielki Obłok Magellana leży około 160 tys. lat świetlnych od nas, w gwiazdozbiorze Złotej Ryby. Ma około 15 tys. lat świetlnych średnicy i jest najmasywniejszą galaktyką satelitarną Drogi Mlecznej. Wybuchła w nim najbliższa supernowa czasów nowożytnych, SN 1987A. Nazwa Obłoków pochodzi od Ferdynanda Magellana, którego załoga w 16. wieku badała południowe niebo podczas pierwszego opłynięcia Ziemi.[30]

W 2014 r. astronomowie opisali w „Nature” supergromadę galaktyk Laniakea, w której leży Droga Mleczna. Rozciąga się ona na 500 mln lat świetlnych i zawiera 100 tys. galaktyk o łącznej masie 100 biliardów Słońc. Nazwa pochodzi z języka hawajskiego i oznacza „niezmierzone niebo”. Aby wyznaczyć granice Laniakei, zmierzono odległości od Ziemi do ponad 8 tys. galaktyk.[31]

Galaktyka Andromedy jest dziś 2,5 mln lat świetlnych od nas i zbliża się do Drogi Mlecznej. W 2012 r. NASA ogłosiła na podstawie pomiarów Teleskopu Hubble’a, że obie galaktyki zderzą się za około 4 mld lat, a po kolejnych 2 mld lat połączą w jedną galaktykę eliptyczną. Gwiazdy są w galaktykach tak daleko od siebie, że nie zderzałyby się ze sobą, a Ziemi i Układowi Słonecznemu nie groziłoby zniszczenie.[32]

W 2025 r. zespół Tilla Sawali z Uniwersytetu Helsińskiego połączył ponad 10 lat danych z Teleskopu Hubble’a i satelity Gaia. Wyszło, że szansa zderzenia Drogi Mlecznej z Andromedą w ciągu najbliższych 10 mld lat wynosi tylko około 50%. Wielki Obłok Magellana może zmieniać tor Drogi Mlecznej i zmniejszać prawdopodobieństwo zderzenia. Przyszłość Galaktyki pozostaje więc otwartym pytaniem.[33]

Już w 1912 r. astronomowie zauważyli, że galaktyka Andromedy, uważana wtedy jeszcze za mgławicę, zmierza w naszą stronę. Obie galaktyki należą do Grupy Lokalnej, zbioru kilkudziesięciu galaktyk. Na początku XX w. rozpoznano też, że Obłoki Magellana są galaktykami towarzyszącymi Drodze Mlecznej. Podobne towarzyszki ma Andromeda.[33][13]

Galaktyka Drogi Mlecznej wzięła nazwę od 1 nieregularnego, jasnego pasa gwiazd i obłoków gazu, który widać na nocnym niebie z Ziemi. Choć Ziemia leży w jej wnętrzu, astronomowie znają ją gorzej niż niektóre inne galaktyki. Gruba warstwa pyłu międzygwiazdowego zasłania dużą część Galaktyki przed teleskopami optycznymi, więc jej budowę bada się głównie teleskopami radiowymi i podczerwonymi.[13]

Według światowego atlasu sztucznej jasności nocnego nieba z 2016 r. Droga Mleczna jest niewidoczna dla ponad 1/3 ludzkości. Nie widzi jej 60% Europejczyków i prawie 80% mieszkańców Ameryki Północnej. Ponad 80% ludzi na świecie i ponad 99% mieszkańców USA i Europy żyje pod niebem zanieczyszczonym światłem. Atlas opracował zespół kierowany przez Fabia Falchiego.[34][35]

8 marca 2013 r. w Lutowiskach podpisano memorandum w sprawie powołania Parku Gwiezdnego Nieba „Bieszczady”. Park ma powierzchnię 113 846 ha i obejmuje Bieszczadzki Park Narodowy, Park Krajobrazowy Doliny Sanu oraz Ciśniańsko-Wetliński Park Krajobrazowy. Jego celem jest ochrona środowiska nocnego i promocja turystyki astronomicznej. Organizatorzy przypominają, że przez 99,99% czasu istnienia rodzaju ludzkiego ludzie widzieli niebo z Drogą Mleczną.[36]