Calea Lactee a fost multă vreme descrisă ca un disc spiralat liniștit și elegant, care se rotește fără grabă, uniform, în jurul centrului său. Sonda spațială europeană Gaia a dat însă peste cap această înțelegere a casei noastre cosmice.

Datorită celei mai precise cartografieri a stelelor din istoria astronomiei, Gaia a scos la iveală o galaxie plină de mișcare, ondulații și vestigii ale unor ciocniri străvechi.

Noul catalog, realizat pe baza muncii sale, include poziția, distanța, strălucirea și mișcarea a peste 1,8 miliarde de stele, iar această cantitate imensă de date a permis disecția literală a Căii Lactee, din interiorul său până în cele mai îndepărtate regiuni. „Gaia rescrie manualele de astronomie. Niciodată până acum nu am văzut Calea Lactee cu o asemenea profunzime și precizie”, a subliniat directorul misiunii Gaia, Timo Prusti, de la Agenția Spațială Europeană.

Coliziuni antice și arheologie galactică

Una dintre cele mai mari descoperiri este confirmarea faptului că, în trecut, Calea Lactee a înghițit mai multe galaxii mai mici. Cel mai notabil eveniment de acest fel este coliziunea cu Gaia-Enceladus, o galaxie care s-a ciocnit cu Calea Lactee în urmă cu aproximativ 10 miliarde de ani. Această coliziune a fost identificată clar pentru prima dată chiar de astronomii care au folosit hărțile Gaia.

„A fost ca și cum am fi găsit fosile într-un cimitir de stele. Dintr-o dată, s-a dovedit că o mare parte din stelele din haloul galaxiei noastre provin dintr-o singură coliziune străveche”, a declarat astronoma argentiniană Amina Helmi, de la universitatea din Groningen, Olanda. Gaia a permis determinarea nu doar a compoziției chimice a acestor stele, ci și a mișcărilor lor. Acestea diferă atât de mult de stelele tipice ale Căii Lactee, încât formează aproape o semnătură a unei galaxii dispărute de mult.

În plus, în ultimii ani, oamenii de știință au descoperit și alte rămășițe ale unor coliziuni mai mici, de exemplu fluxuri de stele rămase în urma galaxiei Săgetătorul. Gaia a pus astfel bazele unui nou domeniu, cunoscut sub numele de arheologie galactică.

Valuri care străbat discul galactic

Unul dintre cele mai surprinzătoare rezultate ale misiunii Gaia este descoperirea unei ondulații generalizate a întregului disc galactic. Stelele nu se mișcă doar ascultător în jurul centrului, așa cum s-a presupus multă vreme, ci se ridică și coboară în amplitudini uriașe, de parcă cineva ar fi zgâlțâit întreaga galaxie.

Modelul acestei mișcări este vizibil pe distanțe de mii de ani-lumină, ceea ce înseamnă că nu este un fenomen local, ci un cutremur global care a afectat o mare parte a Căii Lactee. „Când am văzut pentru prima dată structura vitezelor stelelor, nu ne-am crezut ochilor. Tot discul se unduiește, ca și cum ar fi fost străbătut de un impuls uriaș de energie”, a explicat astronomul Paul McMillan de la Universitatea Lund.

Oamenii de știință sunt de acord că o mișcare atât de pronunțată nu a putut apărea de la sine. Cea mai frecvent menționată explicație este trecerea galaxiei pitice Săgetătorul, care în trecut a intersectat de mai multe ori discul Căii Lactee, gravitația sa acționând asupra stelelor ca o mână uriașă ce tulbură suprafața apei. Efectele unui asemenea impact se atenuează extrem de lent, estimările vorbind despre zeci până la sute de milioane de ani necesari pentru ca discul să se calmeze din nou. Dar Săgetătorul a traversat galaxia în mod repetat, astfel că, practic, Calea Lactee nu a avut timp să se îndrepte, iar ondulația sa continuă și astăzi.

Un seismograf cosmic

Astfel, Gaia funcționează indirect ca un seismograf cosmic: doar că în loc de falii tectonice, urmărește mișcarea a miliarde de stele și, din abaterile lor fine, reconstituie cutremurele străvechi care au străbătut galaxia. Arată că Calea Lactee nu este o construcție rigidă, ci o structură sensibilă și dinamică, ce își amintește fiecare impact gravitațional, inclusiv pe cele petrecute cu mult înainte de formarea Soarelui.

Arhitectul invizibil al galaxiei

Gaia nu observă direct materia întunecată, dar măsurătorile sale precise ale mișcărilor stelelor sunt esențiale pentru studierea acestei substanțe misterioase. Datorită lor, se poate determina cât de mare trebuie să fie masa invizibilă din galaxie pentru ca stelele să se rotească atât de rapid pe cât observăm în realitate. Fără această masă suplimentară, părțile exterioare ale discului s-ar sfâșia pur și simplu.

Analizele bazate pe datele Gaia arată că materia întunecată reprezintă aproximativ nouăzeci la sută din întreaga masă a Căii Lactee și se întinde într-un halou imens care înconjoară întregul disc galactic. Mai mult, acest halou nu este aparent omogen, deoarece în distribuția sa apar neregularități, „cocoloașe”, care sunt probabil rămășițe ale vechilor coliziuni cu galaxii mai mici. „Gaia ne-a oferit cel mai bun instrument pe care l-am avut vreodată pentru cartografierea materiei întunecate din Calea Lactee”, afirmă astrofiziciana Francesca Fragkoudi de la Institutul Max Planck pentru Astrofizică.

Materia întunecată devine astfel un fel de arhitect invizibil care menține galaxia laolaltă și îi determină forma generală. Gaia adaugă indirect din ce în ce mai multe detalii acestui tablou, de la estimări rafinate ale masei totale, până la structuri care arată unde se concentrează materia întunecată.

Arborele genealogic al stelelor

Cea mai fundamentală contribuție a misiunii Gaia este posibilitatea de a reconstitui, pentru prima dată, un adevărat arbore genealogic al Căii Lactee: istoria sa evolutivă, de la primele stele embrionare și până la actualul disc galactic, cu o structură complexă. Datele obținute devin un instrument care permite urmărirea în sens invers a migrației stelelor, identificarea rămășițelor coliziunilor antice și stabilirea originii comune a anumitor părți ale galaxiei.

Datorită acestui fapt, oamenii de știință au început să vorbească despre Gaia ca despre cea mai mare mașină a timpului din astronomia modernă, deoarece permite reconstituirea unor evenimente vechi de miliarde de ani cu o precizie de neimaginat în urmă cu doar zece ani.

Cei doi discuri și deformarea galactică

Un alt rezultat notabil este confirmarea faptului că galaxia are două discuri distincte. Unul este mai subțire, celălalt mai gros și ambele s-au format în epoci diferite, sub influența unor procese fizice distincte. Discul subțire, care este, de altfel, adresa noastră, conține stele mai tinere, cu un conținut mai ridicat de metale, și este puternic deformat. Discul gros este mai bătrân, mai sărac în metale și, conform analizelor datelor Gaia, s-a format într-o perioadă de coliziuni galactice semnificative, cu 10-12 miliarde de ani în urmă.

„Soarele nostru este o stea standard a discului subțire, apărută într-o perioadă în care acest disc s-a stabilizat după coliziunile timpurii”, a subliniat astronoma Kathryn Johnston de la Universitatea Columbia. Sonda a rafinat și imaginea așa-numitei deformări galactice, adică a îndoirii marginilor discului. Datele au arătat că această deformare nu este statică, ci se rotește lent în jurul centrului galactic. Viteza acestei precesii a deformării este estimată la aproximativ 10-20 km/s, aceasta fiind prima dată când mișcarea a fost măsurată precis.

Fluxuri stelare și migrație cosmică

Gaia a confirmat, de asemenea, existența fluxurilor stelare, adică a unor filamente lungi de stele care sunt rămășițele unor roiuri globulare și galaxii pitice sfâșiate treptat. Printre cele mai bine documentate se numără fluxurile GD-1, Helmi Stream, Orphan-Chenab și Jhelum. Aceste structuri servesc drept sonde naturale ale câmpului gravitațional al Căii Lactee, deoarece curbura lor reflectă neregularitățile din distribuția materiei, inclusiv a celei întunecate. Cu ajutorul Gaiei, s-au putut crea pentru prima dată traiectoriile lor 3D precise și s-au identificat locurile unde fluxurile au fost perturbate de obiecte care au trecut prin ele.

Un alt aspect esențial este migrația masivă a stelelor în interiorul discului. Gaia a oferit dovezi statistice solide că multe stele se află la sute până la mii de ani-lumină distanță de locul lor de naștere. Această migrație este rezultatul interacțiunii cu brațele spiralate galactice și cu bara centrală. Procesul modifică fundamental distribuția chimică și populațională a discului și explică unele anomalii în metalicitățile stelelor din jurul nostru, care anterior erau de neînțeles.

„Fiecare nou set de date pe care Gaia îl furnizează poate fi asemănat cu înlăturarea unui nou strat al vălului. Galaxia noastră este mult mai dramatică decât am crezut”, concluzionează astrofizicianul David Weinberg de la Universitatea de Stat din Ohio.