Astronomai ieško Saulės seserų

Saulė yra vieniša žvaigždė tamsioje ir tuščioje erdvėje. Tačiau taip buvo ne visada. Saulė susiformavo tankiame spiečiuje kartu su tūkstančiais kitų žvaigždžių. Netrukus bus pradėta ieškoti dingusių Saulės seserų, išsibarsčiusių po visą Paukščių Tako galaktiką.

Nakties dangus yra tamsus, nes Saulės sistemą supa tuščias kosmosas – ji tarsi vieniša sala bekraščiame vandenyne. Net iki artimiausių žvaigždžių yra ne vienas šviesmetis, todėl jos atrodo kaip maži šviečiantys taškeliai, o tolimesnių žvaigždžių šviesa pranyksta silpname švytėjime. Visai nenuostabu, kad vos prieš keletą metų astronomai manė, kad Saulės sistema susiformavo Paukščių Tako galaktikos srityje, panašioje į Tauro ir Vežėjo tarpžvaigždinių debesų kompleksą, kuriame į Saulę panašios žvaigždės susidaro toli viena nuo kitos.

Saulė gimė netoli kitų žvaigždžių, ir tai nulėmė Saulės sistemos formavimąsi. Daugelis medžiagų, iš kurių sudaryta Žemė ir mes, atskriejo iš kadaise sprogusių didelių žvaigždžių.

Vis dėlto naujausi duomenys rodo, kad dauguma žvaigždžių susiformavo tankiuose spiečiuose iš tūkstančių netoli viena kitos esančių žvaigždžių. Taip gimė ir Saulė, sušvitusi prieš 4,6 milijardo metų. Tai geriausiai įrodo Saulės sistemos vaikystėje susiformavusių meteoritų tyrimai. Juose yra geležies 60 skilimo produktų, o tokia geležis susidaro tik didelių žvaigždžių, kurios baigia savo gyvenimą sprogdamos kaip supernovos, šerdyse. Geležis 60 išsviedžiama iš mirštančios žvaigždės ir tolesnio skilimo metu virsta nikeliu 60, o šio proceso pusėjimo trukmė – 2,6 milijono metų, t. y. labai neilga kosminiu laiko masteliu. Todėl supernova turėjo sprogti netoli nuo Saulės sistemos, kad iš jos būtų galėję atlėkti geležies 60 turinčių meteoroidų, – tikriausiai ne toliau kaip už penkių šviesmečių.

Žvaigždžių spiečius išsisklaidė

Sprogusi žvaigždė buvo 15–25 Saulės masių milžinė, o tokios milžinės visuomet formuojasi kartu su daugiau kaip tūkstančiu mažesnių žvaigždžių. Olandijoje veikiančio Leideno universiteto mokslininko Simono Portegies Zwarto sukurti modeliai rodo, kad Saulė susidarė spiečiuje, kuriame buvo dar 3500 žvaigždžių. Jeigu įsivaizduotume, kad ką tik susiformavusioje Saulės sistemoje buvo žmonių, jie būtų matę visiškai kitokį naktinį dangų negu dabar. Jis buvo šviesus nuo žvaigždžių, o kai kurios švietė taip ryškiai, kaip dabartinė Mėnulio pilnatis. Ne viena iš jų tikriausiai buvo matoma ir dieną, o žiūrint į jas būtų pradėję skaudėti akis.

Žvaigždžių spiečius aplink Saulę išsisklaidė labai seniai, ir jame buvusios žvaigždės dabar yra kažkur tarp milijonų kitų, panašiuose spiečiuose susidariusių, žvaigždžių. Vis dėlto Simono Zwarto modeliai nurodo, kuria kryptimi reikėtų ieškoti Saulės seserų. Ši paieška prasidės 2013 metais, kai Europos kosmoso agentūra (ESA) paleis palydovą „Gaia“, skirtą didelėms Paukščių Tako galaktikos dalims žvalgyti.

Šiandien Saulės seserys išsibarsčiusios pusapskritimyje išilgai Saulės orbitos aplink galaktikos centrą. Pirmiausia bus ieškoma žvaigždžių ten, kur jų galėtų būti atkeliavusių iš to paties spiečiaus kaip ir Saulė. Suradus kandidates, jų kilmė bus patikslinta nustačius jų cheminę sudėtį – ši turėtų būti panaši į Saulės.

„Gali būti, kad rasime visas dingusias Saulės seseris. Jeigu taip nutiktų, galėsime atgaline tvarka apskaičiuoti jų orbitas ir gauti nepriklausomos informacijos apie tai, kur tiksliai Paukščių Take gimė Saulė. Jeigu rasime jos seseris, tai taip pat patvirtins teoriją, kad mūsų Saulė gimė tankiame dinamiškame tūkstančių žvaigždžių telkinyje“, – sako Simonas Zwartas.

2013 metais pradės veikti palydovas „Gaia“ – septynerius metus jis stebės milijardą (iš maždaug 200 milijardų) Paukščių Tako žvaigždžių, matuos jų padėtį, atstumą, judėjimą, ryškį ir spalvų spektrą.

Tankūs spiečiai suklaidino astronomus

Teiginys, kad Saulė gimė tankiame spiečiuje, prieštarauja klasikinei teorijai apie tokius spiečius. Tradiciškai astronomai spiečius skirsto į du tipus: padrikuosius galaktinius spiečius ir kamuolinius spiečius. Problema ta, kad Saulės negalima priskirti nė prie vienos iš šių kategorijų. Sprendžiant pagal amžių – 4,6 milijardo metų –  Saulė gimė kamuoliniame spiečiuje, nes žvaigždės iš tokių spiečių dažnai būna keleto milijardų metų senumo. Tačiau jos dabartinė atskirtis ir padėtis Paukščių Take rodo, kad mūsų žvaigždė gimė padrikajame galaktiniame spiečiuje.

Pirmieji duomenys, padėję įminti šią mįslę, pasirodė 1960 metais, kai astronomai atrado nepaaiškinamai didelę žvaigždę milžinę Paukščių Tako palydovėje, Didžiojo Magelano Debesies  galaktikoje. Po 15 metų Vokietijos astronomai vis dėlto įrodė, kad R136 yra ne žvaigždė, o tankus spiečius, sudarytas iš 10 tūkstančių jaunų, vos milijono metų senumo, žvaigždžių. Vėliau mokslininkams pavyko Paukščių Take atrasti keletą panašių jaunų žvaigždžių spiečių. 

„Atradimas, kad žvaigždės tūkstančiais gimsta labai tankiuose spiečiuose, kuriuos galima klaidingai palaikyti paviene žvaigžde, tiesiog atvėrė akis. Todėl dabar mes manome, kad visos žvaigždės, tarp jų ir mūsų Saulė, gimsta į R136 panašiuose spiečiuose ir ten jos formuojasi iš to paties dujų ir dulkių debesies. Ar toks pirminis spiečius vėliau persiformuoja į padrikąjį galaktinį, ar į kamuolinį spiečių, priklauso nuo jo masės ir galaktinės aplinkos“, – teigia Simonas Zwartas.

Kometos atskleidžia žvaigždės kelią

Nepriklausomai nuo tipo, astrofizikai gali apytiksliai įvertinti, kiek žvaigždžių susiformavo debesyje kartu su Saule. Skaičiavimai rodo, kad supernova sprogo apytiksliai 0,7–5 šviesmečių atstumu nuo neseniai susiformavusios Saulės sistemos. Tokios didelės žvaigždės paprastai susiformuoja kartu su daugiau kaip tūkstančiu mažesnių žvaigždžių.

Galbūt Simonas Zwartas pateiks ir tikslesnį skaičių. Jo skaičiavimai remiasi duomenimis, kad netoli jaunos Saulės 1000 astronominių vienetų atstumu praskriejo kita žvaigždė (vienas astronominis vienetas lygus atstumui nuo Žemės iki Saulės). Išorinės žvaigždės praskriejimą patvirtina faktas, kad kometos anapus Plutono sukasi aplink Saulę kreiva orbita, kurią deformavo žvaigždės gravitacija. Kita vertus, Saulės sistemos planetų orbitos yra labai taisyklingos, vadinasi, nė viena žvaigždė nebuvo priartėjusi prie ką tik gimusios Saulės arčiau kaip per 100 astronominių vienetų. Taigi Zwartas ir jo grupė apskaičiavo žvaigždžių tankį tame spiečiuje. Modelis rodo, kad spiečių sudarė 3500 žvaigždžių, jis buvo 3–10 šviesmečių dydžio.

Pirminį žvaigždžių spiečių jau seniai suplėšė Paukščių Tako jėgos, tačiau visa šeima iki šiol juda orbitomis, panašiomis į Saulės orbitą. Saulė sukasi aplink galaktikos centrą 200 km/s greičiu ir per visą savo gyvavimo laiką yra apskriejusi 27 kartus.

„Žvaigždžių spiečiui sklaidantis, kiekvienos atskiros žvaigždės tolimo greitis yra šimtą kartų mažesnis už jų judėjimo greitį aplink Paukščių Tako centrą. Tai galima palyginti su dviratininkų išsibarstymu „Tour de France“ lenktynėse. Net jeigu kai kurie iš jų atitrūksta nuo grupės, o kai kurie atsilieka, jie labai nenutolsta vieni nuo kitų, nes visi juda ta pačia kryptimi,“ – paaiškina Zwartas.

Kelios seserys yra netoliese

27 kartus apsisukęs apie Paukščių Tako centrą, žvaigždžių pelotonas vis dėlto gerokai išsibarstė. Ir nors visos iki šiol yra Saulės orbitoje, jos kaip perlų vėrinys išsisklaidžiusios po visą galaktiką viename trečdalyje orbitos. Tačiau Zwarto modeliai rodo, kad maždaug 50 Saulės seserų tebėra ne toliau kaip 300 šviesmečių nuo Saulės. Jų ieškoti geriausia būtų Saulės judėjimo galaktikoje ir jai priešinga kryptimis.

Simonas Zwartas su kolegomis jau atliko išankstinę Saulės seserų paiešką žvaigždžių kataloge, kurį 1990 metais sudarė Europos palydovas „Hipparcos“, išmatavęs atstumus iki 120 tūkstančių artimiausių žvaigždžių ir nustatęs jų padėtis ir judėjimą. Šitaip buvo rasta viena potenciali kandidatė, tačiau šis rezultatas anaiptol nėra galutinis. Pagrindinis tyrimas prasidės paleidus didelį palydovą „Gaia“. Jis nepalyginti tiksliau galės nustatyti atstumus iki milijardo Paukščių Tako žvaigždžių, išmatuoti jų ryškį ir spalvos spektrą.

„Aš manau, kad „Gaia“ kataloge realu tikėtis rasti ne vieną kandidatę į Saulės seseris, nustačius aplink Paukščių Tako centrą judančių žvaigždžių trajektoriją“, – teigia Lundo universiteto astronomas Lennartas Lindergrenas. Lindegrenas prisidėjo prie šio palydovo kūrimo, jis yra „Gaia“ mokslinės grupės konsultantas.

„Tačiau, norint visiškai įsitikinti, kiekviena žvaigždė- kandidatė turi būti ištirta iš Žemės dideliais teleskopais, kuriais galima nustatyti, ar žvaigždės cheminė sudėtis atitinka Saulės cheminę sudėtį“, – tęsia jis.

Būtent tokios strategijos ir numato laikytis Simonas Zwartas.

„Gaia“ palydovo atlikti žvaigždžių trajektorijų skaičiavimai bus tikslūs kaip niekada, be to, palydovas galės apimti daug didesnę kosmoso sritį. Abi šios savybės yra labai svarbios. Juo kandidatė į seseris bus toliau nuo Saulės sistemos, tuo neįprastesnė bus jos į Saulės panaši orbita, o pati žvaigždė išsiskirs iš aplinkinių žvaigždžių“, – pabrėžia jis.

Taip pat labai gerai, kad Saulėje ir jos seseryse yra gana daug už vandenilį ir helį sunkesnių elementų. Todėl tirdami kiekvienos kandidatės spalvų spektrą astrofizikai galės gana lengvai jas atpažinti. Galiausiai kandidatė bus pavirtinta nustačius jos amžių, jis, žinoma, turi atitikti Saulės amžių.

Net jeigu mokslininkai kada nors nustatys, kad kuri nors žvaigždė yra viena pradingusių Saulės seserų, Simonas Zwartas labai atsargiai kalba apie tai, ką tai duotų mūsų supratimui apie pirmuosius Saulės gyvavimo metus.

„Raskite keletą jų! Tuomet ir kalbėsim“, – sako astrofizikas.