Itt az ideje bevallani: a tankönyvek hazudnak. Amikor galaxisunkról írnak, ezek szerzői gyakran állítják, hogy a Tejútrendszer korongja lapos, pedig valójában nem is az, még a kifejezés észszerű definíciója szerint sem. A szerzők védelmében persze elmondható, hogy igazából nem hazudnak, csak leegyszerűsítik a képet, ami a tudományban teljesen elfogadható, sőt olykor előnyös is.
Ha egy bonyolult koncepciót próbálunk megérteni vagy elmagyarázni, akkor segít, ha azt a lehető legegyszerűbbé tesszük, hogy a matematikai és fizikai háttér könnyebben érthető legyen. Ez olyan, mintha kiindulásként azt feltételeznénk, hogy a Föld tökéletes gömb alakú, vagy hogy a Nap tartalmazza a Naprendszer összes tömegét. Miután kidolgoztuk az egyszerűsített modellt leíró alapvető egyenleteket, fokozatosan visszaépíthetjük a komplexitást, miközben a probléma kezelhetőbb marad.
És persze azt is érdemes leszögezni, hogy ha sötét helyről nézzük, akkor galaxisunk valóban laposnak tűnik, ahogy számos hasonló galaxis korongjai is. De alaposabban megvizsgálva sok közülük, sőt, talán a legtöbbjük, nem az. Hullámoznak, görbültek és íveltek. És saját galaxisunk is ebbe a „torz” csoportba tartozik.
A kalapom, a kalapom
Először egy rövid áttekintés: a Tejút egy spirálgalaxis, amelynek körülbelül 120 ezer fényév az átmérője, és amelyben a csillagok, a gáz és a por széles korongszerű képződményben terülnek szét. Ez a korong mindössze néhány ezer fényév vastag, így ilyen szempontból valóban laposnak tekinthető. Közepén egy csillagokból álló központi dudor található, és az egészet körülbelül egymillió fényév átmérőjű, hatalmas, csillagokból és sötét anyagból álló haló veszi körül. Ez az utolsó részlet különösen fontos témánk szempontjából.
Már egy ideje tudják a szakértők, hogy a Tejútrendszer korongja a széleinél meggörbült, az egyik oldalon felfelé, a másikon lefelé hajlik, mintha egy kalap karimája lenne. Egy, a Science folyóiratban 2019-ben publikált kutatás azonban jelentősen pontosította, amit erről a jelenségről tudni lehet. A tanulmányt jegyző csillagászok a Gaia űrtávcső adataira támaszkodtak. A Gaia egy mostanra véget ért, az Európai Űrügynökség által irányított küldetés volt, amely során több mint egymilliárd csillag pozícióját, mozgását és távolságát térképezték fel.
A kutatók mintegy 2400 cefeida változócsillagot vizsgáltak kifejezetten a Gaia adatai közül. Ez egy speciális csillagtípus, amely pulzál, vagyis változik a fényessége. A cefeidák fényességének változásához szükséges idő összefügg a csillag valódi fényességével, azaz az általa kibocsátott energia mennyiségével. A cefeidák valódi fényességének és látható fényességének összehasonlításával pedig kiszámítható a csillag távolsága.
A galaktikus síkban található számos cefeida feltérképezésével a szakértők képesek voltak feltérképezni a Tejútrendszer korongjának általános alakját, és ezek alapján a torzulás kifejezetten szembetűnővé vált.
Galaxisunk egy kicsit olyan, mint egy hanglemez, amelyet túl sokáig felejtettek a napon.
Anomáliák
De mi okozza ezt a torzulást? Lehetséges, hogy egy kisebb galaxissal való ütközés gravitációja hatással lehetett a korong csillagaira, hasonlóan ahhoz, ahogyan egy kő bedobása után hullámok keletkeznek egy tóban. De egy csillagászcsoport, amely 2023-ban publikálta kutatásait a Nature Astronomy folyóiratban, egészen más elképzeléssel állt elő arról, mi módosította galaxisunk szélének alapkját: a sötét anyag.
Ahogy már említettük, galaxisunk csillagok és sötét anyag halójába van ágyazva. Körülbelül egy évvel ezelőtt ugyanezen csapat néhány tagja más csillagászokkal együtt megállapította, hogy a Tejútrendszer halója nem gömbölyű, ahogy korábban feltételezték, hanem kissé megnyúlt és lapított, hasonlóan egy amerikaifutball-labdához. Emellett a galaxis síkjához képest kissé meg is van döntve.
A kutatók feltételezték, hogy a diffúzabb és szinte láthatatlan sötétanyag-haló is ugyanolyan alakú lehet, mint a csillaghaló. Modellezve a sokkal nagyobb tömegű sötétanyag-haló hatását, ha ez valóban hasonló szerkezetű és orientációjú, rájöttek, hogy ez olyan gravitációs mezőt hoz létre, amely jelentősen hat a korongra, és nemcsak a torzulás jellegét és mértékét magyarázza, hanem a korongban jellemző orientációját is. És bár ez nem feltétlenül zárja le a kérdést, elég meggyőző érvelést tudtak felmutatni.
De ez nem az egyetlen ok, amiért galaxisunk korongja nem szabályos. Új kutatások szerint ugyanis a szerkezet hullámos is. Az idei évben egy másik kutatócsoport szintén a Gaia adatai alapján megvizsgált 17 ezer fiatal csillagot – amelyek általában a galaxis korongjának közepén alakulnak ki – és 3400 cefeida-változót a Tejútrendszer egy több tízezer fényév átmérőjű régiójában.
Megállapították, hogy a fő korongban és a görbült külső részeken is felfelé és lefelé irányuló hullámzás figyelhető meg, amely a vastag kartonok belső szerkezetéhez hasonló szerkezetet hoz létre.
Hullámok a tóban
Ez hasonló ahhoz a hullámhoz, amelyet a szurkolók hoznak létre a sporteseményeken, amikor felállnak, majd leülnek, és a hullám végigfut a stadionon. Ebben az esetben a galaxis csillagai a korong síkjához képest felfelé és lefelé mozognak. Mivel a vizsgált csillagok közül sok fiatal, a kutatók úgy gondolják, hogy a galaxisban található gáz – amely csillagokat képez – szintén felfelé és lefelé mozog. Tehát bármi is ez, a korong szerkezetének inherens tulajdonságáról van szó.
A hullámzás oka nem ismert, de a legvalószínűbb magyarázatnak egy kisebb galaxissal való ütközés tűnik. Egy lehetséges, sőt valószínűsíthető gyanúsított a Sagittarius elliptikus törpegalaxis, egy kis rendszer, amelynek tömege a Tejút tömegének töredéke. Viszont szinte függőleges pályán kering galaxisunk körül, és áthalad a korongon. 2018-ban a csillagászok a Nature folyóiratban publikáltak egy tanulmányt, amelyben – ismét csak a Gaia adatai alapján – hullámszerű mozgásokat találtak hatmillió csillag esetében, körülbelül 10 ezer fényévre a Naptól, hasonlóan a külső korongban talált hullámokhoz. Már ők is felvetették, hogy a Sagittarius galaxis idézhette elő létre ezeket a mozgásokat, amikor több száz millió évvel ezelőtt utoljára áthaladt a korongon.
Ráadásul a Nap is mutatja ezt a mozgást: gondos mérések szerint vertikális sebességgel kering a galaxis központja körül. Ez azt jelenti, hogy a teljes Naprendszer is fel-le mozog.
Időnként áthalad a korongon, elér egy bizonyos távolságot tőle, majd a korong gravitációja visszahúzza, és a ciklus újra kezdődik. Csillagunk mozgásának ez az eleme része lehet a nagyobb hullámzásnak.
Végső soron tehát a lapos korongról szóló narratíva nem hazugság, ami a galaxis általános szerkezetét illeti. De amint részleteiben kezdjük vizsgálni a struktúrát, kiderül, hogy a helyzet jóval összetettebb, és ez a komplexitás sokat elárulhat a Tejútrendszer történetéről és jövőjéről is.
