Вчені нанесли на карту 130 мільйонів зірок, щоб виявити прихований туман Всесвіту

Астрономи покладаються на чіткі спостереження для вивчення небесних об’єктів, але космічний пил змінює наше сприйняття, роблячи зорі червонішими та тьмянішими, ніж вони є насправді. Щоб це скоригувати, дослідникам потрібно розуміти, як пил взаємодіє зі світлом. Використовуючи дані місії Gaia Європейського космічного агентства (ESA) та високоточну спектроскопію з огляду LAMOST, астрономи створили найбільш детальну тривимірну карту пилу в Чумацькому Шляху.

Це відкриття не лише покращує нашу здатність бачити далекі зорі, а й поглиблює розуміння міжзоряного пилу, який відіграє ключову роль у формуванні зір і планет. Неочікувано їхні дослідження показали, що згасання світла пилом поводиться інакше, ніж вважалося раніше, що може вказувати на наявність складних молекул, таких як поліциклічні ароматичні вуглеводні, які можуть мати значення для походження життя.

Космічний пил: небесна перешкода

Коли ми спостерігаємо далекі зорі, те, що ми бачимо, не завжди відповідає реальності. Наприклад, зірка, яка здається червоною, насправді може мати інший колір, а її світло змінилося через проходження крізь космічний пил. Щоб отримати точні дані, астрономи повинні враховувати цей фактор. Пил не лише зміщує колір зірки в бік червоного спектра (це явище називається «почервонінням»), а й зменшує її яскравість («згасання»). Іншими словами, ми ніби дивимося на Всесвіт через запилене вікно.

Тепер двоє астрономів створили революційну тривимірну карту, яка з небувалою точністю показує розподіл і властивості міжзоряного пилу, відкриваючи перед нами більш чітку картину космосу.

Як пил змінює наше уявлення про Всесвіт

На щастя, астрономи мають методи для корекції впливу пилу. Космічний пил не рівномірно поглинає і розсіює світло – він сильніше впливає на коротші довжини хвиль (синє світло), ніж на довші (червоне світло). Ця закономірність, відома як «крива згасання», допомагає науковцям визначати склад пилу та його оточення, включно з умовами випромінювання в різних частинах міжзоряного простору.

Отримання даних про пил зі 130 мільйонів спектрів

Цією інформацією скористалися Сяньюй Чжан, аспірантка Інституту астрономії Макса Планка (MPIA), та Грегорі Грін, керівник незалежної дослідницької групи в MPIA та науковий керівник Чжан. Вони створили найбільш детальну на сьогодні 3D-карту пилу в Чумацькому Шляху.

Чжан і Грін використали дані місії Gaia, яка протягом 10,5 років збирала надточні вимірювання положень, рухів і додаткових властивостей понад мільярда зір у нашій галактиці та її найближчих сусідах – Магелланових Хмарах. У третьому випуску даних Gaia (DR3), опублікованому в червні 2022 року, містяться спектри 220 мільйонів зір. Перевірка якості показала, що приблизно 130 мільйонів із них придатні для вивчення пилу.

Спектри Gaia мають низьку роздільну здатність, що ускладнює їхнє використання. Однак у 1% вибраних зір є високоякісні спектроскопічні дані з огляду LAMOST, проведеного Національною астрономічною обсерваторією Китаю. Ці дані містять точну інформацію про властивості зір, зокрема їхню температуру поверхні, що дозволяє визначити їхній спектральний тип.

Відтворення 3D-карти міжзоряного пилу

Чжан і Грін навчили нейромережу створювати модельні спектри на основі характеристик зір і властивостей пилу між нами та цими зорями. Потім вони порівняли результати зі 130 мільйонами спектрів Gaia і за допомогою статистичних методів (байєсівського аналізу) визначили характеристики пилу. Результати дозволили астрономам реконструювати першу детальну тривимірну карту кривої згасання пилу в Чумацькому Шляху. Ця карта стала можливою завдяки вимірюванням кривої згасання для рекордної кількості зір – 130 мільйонів, у той час, як попередні дослідження охоплювали лише близько 1 мільйона вимірювань.

Неочікувані властивості космічного пилу

Отримані результати не лише дали точну 3D-карту, а й виявили несподівані властивості міжзоряних пилових хмар. Раніше вважалося, що крива згасання стає більш пологою (менш залежною від довжини хвилі) в регіонах із вищою щільністю пилу.

Однак астрономи з’ясували, що в областях середньої щільності крива згасання навпаки стає крутішою – коротші довжини хвиль поглинаються набагато ефективніше, ніж довші. Чжан і Грін припускають, що це викликано не зростанням пилових зерен, а збільшенням кількості молекул поліциклічних ароматичних вуглеводнів (PAH) – найпоширеніших вуглеводнів у міжзоряному середовищі. Ці молекули могли відіграти важливу роль у зародженні життя. Дослідники вже планують майбутні спостереження для перевірки цієї гіпотези.