Pierwsza szczegółowa mapa przestrzeni kosmicznej w odległości do 1000 lat świetlnych od Ziemi umieszcza Układ Słoneczny wewnątrz wielkiej pustki dziurawiącej płaszczyznę Galaktyki. Powstała ona być może dzięki wybuchowi gwiazdy supernowej milion do dwóch milionów lat temu.
Nowa mapa, stworzona przez astronomów z Francji oraz z University of California, zmienia obowiązujące poglądy na najbliższe sąsiedztwo Słońca. Według starego obrazu Układ Słoneczny znajdował się wewnątrz gorącego bąbla – obszaru wypełnionego wodorem o temperaturze miliona stopni i gęstości atomów sto do tysiąca razy mniejszej niż średnia gęstość gazu w Drodze Mlecznej. Bąbel ten miał być otoczony przez ścianę chłodniejszego i gęstszego gazu.
Barry Welsh z UC Berkeley’s Space Sciences sądzi że jest inaczej. Obszar wokół Słońca ma kształt nieregularnej pustki złożonej z gazu o niskiej gęstości z rozgałęziającymi się tunelami wnikającymi w ścianę gęstego gazu. Welsh i jego francuscy współpracownicy podejrzewają że łączące się pustki i tunele, analogiczne do dziur w gąbce, powstały na skutek wybuchów gwiazd supernowych lub bardzo silnych wiatrów gwiazdowych. Obszary te łączyły się, tworząc między sobą przejścia.
„Rozpoczęliśmy sporządzanie mapy gazu w galaktyce i odkryliśmy niedobór neutralnego gazu wewnątrz obszaru o rozmiarach około 500 lat świetlnych. Sugerowało to, że znajdujemy się w pustce o kształcie bąbla wypełnionego być może gorącym, zjonizowanym gazem” – stwierdził Welsh. „Jednak Lokalny Babel ma kształt przypominający raczej rurę i powinien być nazywany Lokalnym Kominem„.
Według Welsha, jeśli taki obraz jest charakterystyczny dla całej Galaktyki, będzie on stanowił potwierdzenie 30-letniej hipotezy dotyczącej Drogi Mlecznej.
„Pochodzenie pustek jest obecnie zagadką. Lokalna pustka liczy sobie kilka milionów lat i mogła być stworzona przez wybuch supernowej, intensywny wiatr gwiazdowy około 10 słońc, błysk promieniowania gamma lub nawet przez dużą gwiazdę, która przeszła przez ten obszar. Każde z tych zdarzeń mogło teoretycznie wypchnąć z tego regionu materię, pozostawiając jedynie rozrzedzony, zjonizowany gaz„.
Nad rozwiązaniem zagadki pracują (lub będą pracować) trzy nowe satelity. Pierwszy z nich, zbudowany w Berkeley Cosmic Hot Interstellar Plasma Spectrometer (CHIPS), wystrzelony został w grudniu, a jego zadaniem jest poszukiwanie w okolicach Układu Słonecznego gazu o temperaturze 500 tysięcy kelwinów. Ta sama instytucja zbudowała sondę SPEAR (Spectroscopy of Plasma Evolution from Astrophysical Radiation). Wystartuje on w tym roku i będzie obserwować gorący gaz o temperaturze około 250 tysięcy kelwinów również znajdujący się w najbliższym sąsiedztwie naszego układu planetarnego. Trzecia misja to realizowany przez NASA projekt FUSE (Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer), który obserwując promieniowanie ultrafioletowe obserwuje jednocześnie gorący gaz.
Lokalna pustka oglądana z płaszczyzny Drogi Mlecznej ujawnia rurkowatą strukturę, komin ciągnący się od płaszczyzny dysku galaktycznego do dolnego obszaru halo Galaktyki. Takimi kominami uchodzić może gorący gaz produkowany w wybuchach supernowych.
Dysponując jedynie teleskopami naziemnymi, Welsh i jego współpracownicy nie mogli obserwować bezpośrednio chłodnych atomów neutralnego wodoru. Jego gęstość jest około 10 razy za mała aby mógł być rejestrowany za pomocą radioteleskopów. Obserwowali oni chłodny neutralny sód, który obserwuje się w tych samych rejonach Kosmosu co chłodny i gęsty wodór. Korzystając z pięciu radioteleskopów poszukiwano ścian ograniczających pustkę. Kończy się ona w miejscach, gdzie gęstość sodu jest na tyle wysoka, że może on być zarejestrowany.
„Skorzystaliśmy z kilku naziemnych radioteleskopów, między innymi w Observatoire de Haute Provence we Francji, European Southern Observatory w Chile i Lick Observatory w Kalifornii. Rejestrowaliśmy atomy gazu w kierunku ponad 1000 najbliższych gwiazd” – powiedziała dr Rosine Lallement, kierownik projektu z Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) w Paryżu. „We współpracy z dr Barry’m Welshem z UC Berkeley, zbieraliśmy dane przez pięć lat„.
Kluczowe dla sporządzenia mapy naszego międzygwiezdnego sąsiedztwa były dane z europejskiej misji Hipparcos, która dostarczyła dokładnych informacji o odległościach do najbliższych gwiazd, poprawiając dane zdobyte dzięki naziemnym pomiarom paralaksy.
Dzięki lokalizacji gwiazd nie wykazujących absorpcji przez sód i tych które ją wykazują, uczeni byli w stanie sporządzić trójwymiarowy obraz krawędzi otaczającego nasz układ planetarny obszaru o niskiej gęstości gazu. Obserwowano 1005 gwiazd typów widmowych A i B. Wybrano właśnie je, gdyż w ich widmach najłatwiej dojrzeć linie absorpcyjne sodu.
„Wykonując pomiary w kierunku najodleglejszych gwiazd obserwowaliśmy duże ilości atomów sodu, a to oznaczało że osiągnęliśmy już granice obszaru o wysokiej gęstości neutralnego wodoru, czyli ścianę naszej Lokalnej Pustki” – powiedział Welsh. Najmniejsza odległość do ściany to 175-190 lat świetlnych w kierunku centrum naszej Galaktyki.
„Cienka warstwa gęstego gazu otaczająca lokalną pustkę jest w wielu miejscach poprzerywana” – powiedział dr Francoise Crifo, astronom z Obserwatorium paryskiego. „W wielu kierunkach nasza lokalna pustka zdaje się być połączona z innymi podobnymi obszarami za pomocą ścieżek lub tuneli w międzygwiazdowym ośrodku„.
Istnienie sieci tuneli gorącego gazu zostało zaproponowane po raz pierwszy prawie 30 lat temu przez Dona Coxa i Barry’ego Smitha z University of Wisconsin. W ich modelu potężne wybuchy supernowych wytwarzają szybko rozszerzające się bąble gorącego gazu, które zderzają się ze znajdującym się w okolicy chłodnym gazem przestrzeni międzygwiazdowej. Zostaje on sprasowany do cienkich powłok. W końcu warstwy chłodnego gazu napotykają inne rozszerzające się gorące pustki i rozpadają się dając początek niewielkim tunelom lub ścieżkom pomiędzy ekspandującymi obszarami.
„Na nowej mapie chłodnego gazu międzygwiazdowego znajdującego się w płaszczyźnie galaktyki dostrzec można puste obszary z wypustkami w kształcie palców, które wnikają w otaczające te pustki ściany i w sąsiednie obszary naszej galaktyki, takie jak asocjacje młodych gwiazd Lupus-Norma (Wilk-Węgielnica), Auriga-Perseus (Woźnica-Perseusz) i Scorpius-Centaurus (Skorpion-Centaur). Obszary te znane są z tego, że zawierają duże ilości gorącego i zjonizowanego gazu o niskiej gęstości, który może być obserwowany za pomocą promieniowania radiowego i ultrafioletowego„.
Nowe wyniki pokazują również, że nasza lokalna pustka rozciąga się poza dysk galaktyczny i wnika w leżący poza nim obszar halo galaktycznego. W takim razie pustka zdaje się być „kominem” łączącym gaz w dysku galaktycznym z tym, który znajduje się w halo. Galaktyczne kominy były już obserwowane w innych galaktykach. Uważa się, że są wentylami odpowiedzialnymi za ucieczkę gorącego, zjonizowanego gazu wyrzuconego w obszar halo przez wybuchy gwiazd supernowych. Aktywne wentyle w innych galaktykach określane są jako „fontanny galaktyczne”, a gaz ponownie opadający na dysk – jako „galaktyczny deszcz”.
„Korzystając z satelity FUSE poszukiwaliśmy oznak gorącego gazu w lokalnym kominie. Jak dotąd znaleźliśmy jedynie niepewne sygnały tego, że gaz porusza się w naszym kierunku. Może to być część fontanny opadającej na płaszczyznę galaktyki” – powiedział Welsh.
Wyniki badań będą wkrótce opublikowane w Astronomy and Astrophysics razem z trójwymiarową mapą rozłożenia chłodnego gazu sodowego w promieniu 1000 lat świetlnych od nas. Lallement zauważa jednak, że wykonywane badania nie są jeszcze zakończone.
„Mamy również informacje na temat ruchu atomów sodu znajdujących się w 1005 zbadanych kierunkach. Wkrótce będziemy w stanie stwierdzić czy ściany gazu otaczające naszą lokalną pustkę poruszają się w kierunku Słońca zmniejszając rozmiar pustki czy też oddalają się od nas, powiększając jej rozmiary„.
„Każdy z tych scenariuszy jest fascynujący. Jeśli ściana zbliża się do nas, oznacza to że działa na nią zewnętrzna, popychająca siła. Jeśli rozmiary pustki powiększają się, oznaczać to będzie że supernowa sprzed około miliona lat musiała wybuchnąć stosunkowo niedaleko Słońca„.
