Samanyolu’ndaki ayrıntılı bir toz haritası

Uzak göksel nesneleri gözlemlediğimizde, olası bir yakalama var: O yıldız gerçekten göründüğü kadar kırmızımsı gözlemliyorum mu? Yoksa yıldız sadece kırmızımsı mı görünüyor, çünkü ışığı teleskopumuza ulaşmak için bir kozmik toz bulutundan dolaşmak zorunda kaldı?

Doğru gözlemler için gökbilimcilerin, aralarındaki ve uzak hedefleri arasındaki toz miktarını bilmeleri gerekir. Toz sadece nesnelerin kırmızımsı görünmesini sağlamakla kalmaz (“reddating”), aynı zamanda onları gerçekte olduğundan daha da söndürür (“yok olma”). Kirli bir pencereden uzaya bakıyoruz. Şimdi, iki gökbilimci, etrafımızdaki tozun özelliklerini eşi görülmemiş ayrıntılarla belgeleyen bir 3D harita yayınladı ve gözlemlediğimizi anlamamıza yardımcı oldu.

Araştırma yayınlanmış dergide Bilim.

Bunun arkasında, neyse ki, yıldızlara bakarken, tozun etkisini yeniden yapılandırmanın bir yolu var. Kozmik toz partikülleri, tüm dalga boylarında ışığı eşit olarak emmez ve dağıtmaz. Bunun yerine, ışığı daha kısa dalga boylarında (spektrumun mavi ucuna doğru) daha güçlü bir şekilde emerler ve daha uzun dalga boylarında (kırmızı ucuna doğru) daha az güçlü bir şekilde emerler.

Dalga boyu bağımlılığı bir “yok olma eğrisi” olarak çizilebilir ve şekli sadece tozun bileşimi hakkında değil, aynı zamanda yıldızlararası boşluğun çeşitli bölgelerindeki radyasyonun miktarı ve özellikleri gibi yerel çevresi hakkında bilgi sağlar.

130 milyon spektrumdan toz bilgilerini almak

Bu, bir doktora olan Xiangyu Zhang tarafından kullanılan türden bir bilgidir. Max Planck Astronomi Enstitüsü (MPIA) ve MPIA ve Zhang’ın Ph.D. Samanyolu galaksisindeki tozun özellikleri hakkında henüz en ayrıntılı 3D haritayı inşa etmek için danışman.

Zhang ve Green, Saman yolumuzda ve en yakın Galaktik komşularımızda bir milyardan fazla yıldızın pozisyonları, hareketleri ve ek özellikleri elde etmek için 10.5 yıllık bir hedef olan ESA’nın Gaia Misyonu’ndan gelen verilere dönüştü. Haziran 2022’de yayınlanan Gaia Misyonunun üçüncü veri sürümü (DR3) 220 milyon spektrum sağlar ve bir kalite kontrolü Zhang ve Green’e bunların yaklaşık 130 milyonunun toz arayışına uygun olacağını söyledi.

Gaia spektrumları düşük çözünürlüktür. Yani, ışığı farklı dalga boyu bölgelere ayırma şekli nispeten kaba. İki gökbilimci bu sınırlamada bir yol buldu: Seçtikleri yıldızların% 1’i için, Çin’in ulusal astronomik gözlemevleri tarafından işletilen lamost araştırmasından yüksek çözünürlüklü spektroskopi var. Bu, gökbilimcilerin bir yıldızın “spektral tipi” dediği şeyi belirleyen yüzey sıcaklıkları gibi söz konusu yıldızların temel özellikleri hakkında güvenilir bilgi sağlar.

3D haritanın yeniden yapılandırılması

Zhang ve Green, bir yıldızın özelliklerine ve aradan geçen tozun özelliklerine dayanan model spektrumları üretmek için bir sinir ağı eğitti. Sonuçları GAIA’dan 130 milyon uygun spektrumla karşılaştırdılar ve biz ve 130 milyon yıldız arasındaki tozun özelliklerini çıkarmak için istatistiksel (Bayesian) teknikler kullandılar.

Sonuçlar, gökbilimcilerin Saman yolunda tozun yok olma eğrisinin ilk ayrıntılı, üç boyutlu haritasını yeniden inşa etmesine izin verdi. Bu harita, Zhang ve Green’in yok olma eğrisini ölçmesi ile, yaklaşık 1 milyon ölçüm içeren önceki eserlere kıyasla, benzeri görülmemiş sayıda yıldıza – 1330 milyon.

Ancak toz sadece gökbilimciler için bir sıkıntı değildir. Çevresindeki radyasyondan tozları ile korunan dev gaz bulutlarında meydana gelen yıldız oluşumu için önemlidir. Yıldızlar oluştuğunda, gezegenlerin doğum yerleri olan gaz ve toz diskleriyle çevrilidir. Toz taneleri, sonunda dünyamız gibi gezegenlerin sağlam gövdeleri olacak olanın yapı taşlarıdır. Aslında, galaksimizin yıldızlararası ortamında, hidrojen ve helyumdan daha ağır elementlerin çoğu yıldızlararası toz tanelerinde kilitlenir.

Kozmik tozun beklenmedik özellikleri

Yeni sonuçlar sadece doğru bir 3D harita üretmekle kalmıyor. Ayrıca yıldızlararası toz bulutlarının şaşırtıcı bir özelliğini ortaya çıkardılar. Daha önce, daha yüksek toz yoğunluğuna sahip bölgeler için yok olma eğrisinin daha düzleşmesi (dalga boyuna daha az bağımlı) olması bekleniyordu. “Daha yüksek yoğunluk” elbette, – bu durumda – çok az şey. Dünya yarıçapı olan bir küredeki sadece 10 kg toza eşdeğer olan metreküp başına yaklaşık on milyarında bir toz toz. Bu tür bölgelerde, toz taneleri boyut olarak büyüme eğilimindedir, bu da genel emilim özelliklerini değiştirir.

Bunun yerine, gökbilimciler ara yoğunluklu alanlarda, yok olma eğrisinin aslında dikleştiğini ve daha küçük dalga boylarının daha uzun olanlardan çok daha etkili bir şekilde emildiğini buldular. Zhang ve yeşil, dikleşmenin tozun değil, yıldızlararası ortamdaki en bol hidrokarbonlar olan politiklik aromatik hidrokarbonlar (PAH) adı verilen bir molekül sınıfının neden olabileceğini düşünmektedir. Hipotezlerini gelecekteki gözlemlerle test etmeye başladılar.