O echipă internațională de cercetători a realizat pentru prima dată o cartografiere a întregii distribuții de energie luminoasă din Galaxia Noastră, adică nu numai lumina percepută de ochii noștri, ci și lumina invizibilă, cum ar fi cea în infraroșu sau ultraviolet. Cercetarea a fost făcută de o echipă de oameni de știință de la Institutul Astronomic al Academiei Române (România), Universitatea Central Lancashire (Marea Britanie) și Institutul Max Planck pentru Fizică Nucleară din Heidelberg (Germania).
Prof. Dr. Cristina C. Popescu, de la Institutul Astronomic al Academiei Române și Universitatea Central Lancashire, Vicepreședinte al Comisiei J1 în cadrul Uniunii Astronomice Internaționale, semnează în calitate de prim autor articolul științific ce anunță aceste rezultate, publicat recent în prestigioasa revistă „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”.
De când strămoșii noștri și-au ridicat ochii către cerul întunecat, lumina emisă de Galaxia Noastră, Calea Lactee, a fost o continuă sursă de inspirație. Ceea ce vedem noaptea pe cer, din locuri întunecate, ca o bandă de lumină difuză nu este altceva decât discul Galaxiei Noastre, unde se află și Soarele nostru. Dar cum ar arăta sursa aceasta de lumină difuză dacă am călători către centrul Căii Lactee? Și ce ar vedea o civilizație extraterestră dacă ar trăi la capătul opus al Galaxiei Noastre? Toate aceste întrebări își pot găsi acum răspunsul datorită unei cercetări recente care poate determina variația energiei luminii din interiorul Căii Lactee în funcție de poziție.
Cu acest studiu nou, cercetătorii au dorit să înțeleagă care este compoziția Galaxiei Noastre, ceea ce ne poate oferi în schimb indicii cu privire la modul general în care stelele se formează și evoluează de-a lungul timpului cosmic. Pentru a atinge acest obiectiv, cercetătorii au urmărit să realizeze o imagine a modului în care fotonii emiși de stelele din Galaxia Noastră sunt distribuiți în Calea Lactee ca energie și ca locație în spațiu. Acest proces s-a dovedit a fi plin de provocări din mai multe motive: încă nu a fost identificată mare parte din stelele Galaxiei Noastre care produc fotonii; fotonii stelari sunt constant absorbiți sau împrăștiați de praful interstelar care redistribuie energia acestora și direcția de propagare; încă nu se cunoștea pe deplin distribuția spațială, cantitatea și proprietățile prafului interstelar.
În ciuda provocărilor, demersul științific a fost unul de succes. „Nu doar că am determinat distribuția de energie luminoasă în interiorul Căii Lactee, dar am reușit să determinăm întregul conținut de stele și praf interstelar din Calea Lactee”, a declarat Prof. Cristina C. Popescu.
Rezultatele științificeau fost posibile datorită folosirii unei metode noi care presupune calcule pe supercomputere ce determină cu precizie destinul tuturor fotonilor din Galaxie, inclusiv al fotonilor emiși de praful interstelar sub formă de radiație termică (lumina infraroșie), și care fac previziuni legate de cum ar arăta Calea Lactee în spectrul ultraviolet, vizual și al radiației termice.
Previziunile au fost apoi comparate cu observațiile emisiei întregului cer, care reprezintă cantitatea totală de emisii a Căii Lactee și nu doar emisii de la surse individuale. În mod deosebit, echipa de cercetători a folosit imaginile recente furnizate de Observatorul Spațial Planck al Agenției Spațiale Europene, misiune în care România este puternic implicată cu sprijinul Agenției Spațiale Române (ROSA). Aceste imagini au fost esențiale pentru constrângerea modelelor de calcul.
Determinarea modului în care energia luminoasă este distribuită în Galaxia Noastră joacă un rol important în a înțelege cum s-a format Calea Lactee, dar și pentru a înțelege originea și mecanismele de propagare ale fotonilor care nu-și au originea în stele, așa cum sunt fotonii în raze gamma de energii foarte mari. Studiul de față arată modalitatea în care fotonii stelari influențează producerea de fotoni în raze gamma, produși prin interacții cu așa-numitele raze cosmice.
Razele cosmice sunt electroni și protoni care trec în zigzag prin spațiul interstelar aproape la viteza luminii. Datorită energiilor colosale pe care le poartă, acestea controlează procese cheie precum formarea stelelor și a planetelor și procesele care guvernează evoluția galactică. Razele cosmice generează reacții chimice în spațiul interstelar, conducând la formarea de molecule complexe și în cele din urmă critice pentru viață.
Deși contra-intuitiv, producerea de raze gamma, fotonii cu cele mai mari energii din Univers, este controlată de fotonii cu cel mai scăzut nivel de energie, cei de radiație termică în infraroșu, și de cele mai reci particule de gaz, cu temperaturi de doar câteva zeci de grade peste zero absolut. Dr. Richard Tuffs de la Institutul Max Planck pentru Fizică Nucleară a afirmat: ”Privind înapoi pe lanțul de interacțiuni și propagări se poate identifica sursa originară a razelor cosmice”.
Modelarea distribuției luminii în Calea Lactee a fost un proces puternic interdisciplinar, aducând la un loc astrofizica optică și în infraroșu și fizica particulelor elementare. Dr. Mark Rushton, de la Institutul Astronomic al Academiei Române și co-autor al studiului a declarat: „Munca noastră a necesitat o colaborare între specialiști în modelarea emisiilor de la galaxii în procese la energie joasă și specialiști de la Institutul Max Planck pentru Fizică Nucleară, care utilizează tehnici dezvoltate în fizica particulelor elementare pentru a măsura și interpreta emisii la energii înalte de la raze cosmice”.
Fotografie principală: O imagine a emisiilor din întreaga Calea Lactee, realizată de observatorul spațial Planck în spectrul infraroșu. Aceste date au fost folosite în cercetarea de față, fiind esențiale pentru a constrânge rezultatele privind distribuția energiei lumininoase din Galaxia noastră. Credit: ESA, HFI și consorțiul LFI.
Articolul științific poate fi consultat la următoarele linkuri:
https://academic.oup.com/mnras/article-lookup/doi/10.1093/mnras/stx1282