Platserna för vårt solsystem och W3OH i vår galax. Bildkredit: Max Planck Society Klicka för förstoring
Perseus-spiralarmen, den närmaste spiralarmen i Vintergatan utanför solens bana, ligger bara hälften så långt från jorden som några tidigare resultat antydde. Ett internationellt team av astronomer inklusive forskare från Max-Planck-Institut f? Bf? R Radioastronomie (MPIfR) har nyligen uppnått den mest exakta avståndsmätning någonsin till Perseus-armen. Detta gjordes med hjälp av ett stort antal radioteleskop i USA, kallat Very Long Baseline Array, och observerade mycket ljusa fläckar i gasmoln som innehåller metylalkohol i placentalmaterialet som omger en nybildad stjärna som heter W3OH.
Dr. Xu Ye, en astronom på Shanghai Observatory som nu arbetar på Max-Planck-Institut f? Bf? R Radioastronomie och en av medlemmarna i det internationella teamet som gjorde mätningarna, sade att "vi mätte avståndet med det enklaste och den mest direkta metoden inom astronomi - i huvudsak den teknik som används av mätare som kallas triangulering. ” Specifikt använde teamet jordens föränderliga utsiktspunkt när den kretsar kring solen för att bilda ett ben av en triangel. Genom att mäta förändringen i en källas synliga position kan de beräkna källans avstånd med enkel trigonometri (vilket resulterar i 6357 bf? 130 ljusår).
Detta resultat löser det långvariga problemet med avståndet till denna spiralarm. Tidigare har olika metoder för att mäta avstånd varit mer oeniga med mer än en faktor av 2. Prof. Karl Menten, en annan medlem av teamet, säger att ”detta bekräftar avstånd baserat på unga stjärnas uppenbara ljusstyrka men håller inte med avstånd baserat på en modell för Vintergatan rotation. Anledningen till skillnaden är att unga stjärnor i Perseus-spiralarmen har oväntat stora rörelser. ”
Astronomerna fann att den unga stjärnan inte rör sig i en cirkulär bana runt Vintergatan utan avviker med 10% från cirkulär. Den roterar långsammare och "faller" mot mitten av Vintergatan. Teammedlem Zheng Xing-Wu från Nanjings universitet påpekar att ”den enklaste förklaringen är att det moln av gas som stjärnan bildades ut dragits av gravitationellt av överflödigt materialmassa i Perseus spiralarm.”
"Studier som våra är de första stegen för att noggrant kartlägga Vintergatan," säger Dr Mark Reid, en medlem av teamet från Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. "Vi har konstaterat att radioteleskopet vi använde, Very Long Baseline Array, kan mäta avstånd med en aldrig tidigare skådad noggrannhet - nästan en faktor som är 100 gånger bättre än tidigare uppnåtts." För att få en känsla för denna mätning kan man visualisera en person som står på månen och hålla en fackla i sin utsträckta hand. Låt henne vända sig som en isscater, men bara göra en enda vändning under ett år. VLBA-mätningen motsvarar mätningen av facklarens rörelse med en noggrannhet som är jämförbar med facklarens storlek.
Den använda tekniken är Very Long Baseline Interferometry (VLBI), där observationer gjorda med många teleskop kombineras för att uppnå upplösningen av ett utomordentligt stort teleskop nästan jorden. VLBA-teleskop sträcker sig från Hawaii över det kontinentala Förenta staterna till Jungfruön St. Croix, vilket ger upplösningen av ett 8000 km-teleskop. Medan VLBA har extremt hög upplösning kräver det extremt ljusa och mycket kompakta radiokällor som masers för sådana mätningar (en maser är mikrovågsekvivalenten för en laser.) Tillsammans med vatten är metanol den mest utbredda maser-molekylen som finns i stjärn- bildande regioner. Metanolspektrallinjen som användes för det aktuella experimentet upptäcktes under profet Mentens avhandling på 1980-talet. 1988, medan de arbetade med Dr. Reid, genomförde de de första VLBI-observationerna av metanolmaskare; Målet var då också W3OH. ”Redan då drömde vi om observationer som den här”, säger Menten.
I själva verket har liknande VLBA-observationer också gjorts på vattenmaskare i W3OH. Denna ansträngning, ledd av MPIfR: s Kazuya Hachisuka, gav ett avstånd som liknar metanolmaskinerna. “En fantastisk bekräftelse!” säger Hachisuka. Hans team inkluderar också Reid och Menten och ett antal japanska forskare.
Metanolobservationerna är bara början på ett mycket storskaligt projekt som Reid och Menten har initierat. Det kommer att bestämma avstånd och rörelser för metanolmaskare över hela Vintergatan. Det har beviljats ett stort block av VLBA-observationstid. Förutom rörelserna på himlen ger dessa observationer också stjärnans hastighet mot eller bort från observatören genom att mäta Doppler-förskjutningen av metanollinjerna. De resulterande tredimensionella rörelserna kommer att leverera unika begränsningar, inte bara på mjölkvägarnas rotation utan också på distributionen av det osynliga Dark Matter som är postulerat för att omge det.
Medan metoden - enkel trigonometri - låter grundläggande, kräver omvandlingen till praktiska resultat en omfattande förståelse av VLBA och alla aspekter av observationerna, inklusive grundlig modellering av jordens atmosfär som påverkar de inkommande radiovågorna. Dr Reid har ägnat många år av sitt liv för att nå den punkt där program som detta kan utföras.
Under åren har denna verkliga internationella ansträngning stöttats av ett forskningspris som Dr Reid beviljade av Alexander von Humboldt-stiftelsen. Samarbetet med Shanghai Observatory stöds av ett gemensamt program från Max Planck Society, den kinesiska vetenskapsakademin och Smithsonian Institutionens besökarprogram.
Ursprungskälla: Max Planck Society
