Jednym z mniej efektownych gwiazdozbiorów naszego nieba są Psy Gończe, które leżą obok znacznie bardziej imponujących konstelacji Wolarza i Wielkiej Niedźwiedzicy. Na liście największych rozmiarowo gwiazdozbiorów Psy Gończe zajmują dopiero 38 miejsce, a w dobrych warunkach, nieuzbrojonym okiem, możemy dojrzeć tam około 30 gwiazd. Ta liczba i tak wydaje się duża, bo na pierwszy rzut oka jesteśmy w stanie zobaczyć tylko dwie wyraźne gwiazdy: Alfa (α) i Beta (β) Psów Gończych. Przedstawiają dwa psy o imionach Asterion i Chara, ale wśród astronomów nie ma zgody co do tego, która gwiazda miała reprezentować którego psa. Alfa jest nazywana też Cor Caroli („serce Karola”) i z blaskiem 2.9 magnitudo jest najjaśniejszą gwiazdą całej konstelacji.

Ten niepozorny gwiazdozbiór ma jednak szczęście do ciekawych obiektów. Leży tam jedna z najbardziej interesujących gromad kulistych naszego nieba czyli Messier 3, której poświęciliśmy jeden z naszych odcinków. Co więcej, ten obszar nieba jest usiany całą masą galaktyk, a jedną z najbardziej malowniczych jest Galaktyka Wir wraz z towarzyszącym jej obiektem oznaczonym symbolem NGC 5195. W niniejszym odcinku zajmiemy się nimi bardziej szczegółowo.

----- R E K L A M A -----

PROMOCJA SONY - 50% RABATU NA OBIEKTYW!

Sony A7 IV + 50/1.8 FE

13146 zł 12722 zł

Sony A7 IV + 24-70/4 FE ZA OSS

15122 zł 13710 zł

Sony A7 III + 24-70/4 ZA FE OSS

10822 zł 9410 zł

Sony A7 III + 50/1.8 FE

8846 zł 8422 zł

Bohater tego odcinka jest położony blisko gwiazdy o nazwie Alkaid (η UMa) czyli ostatniej gwiazdy dyszla Wielkiego Wozu. Kątowy dystans dzielący oba te ciała to zaledwie 3.5 stopnia. Oba obiekty znajdą się więc w polu widzenia typowej, przeglądowej lornetki. Galaktyka Wir ma deklinację wynoszącą 47.2 stopnia, a to oznacza, że w Polsce jest obiektem okołobiegunowym i nigdy nie chowa się pod horyzontem.

Mapa nieba wskazująca położenie M51 w stosunku do Wielkiego Wozu i Psów Gończych.

Najlepsze warunki do obserwacji M51 panują na przełomie zimy i wiosny, kiedy to w okolicach północy obiekt góruje praktycznie w zenicie. Dla odmiany, najgorsze warunki panują na przełomie lata i jesieni, kiedy ten obszar nieba, przez większą część nocy, świeci nisko nad północnym horyzontem.

Jak większość obiektów opisywanych w naszym cyklu, ten także został odkryty przez Charlesa Messiera. Dokonał on tego 13 października 1773 roku i dołączył nową mgławicę do swojej listy nadając jej numer 51. Towarzyszka Galaktyki Wir - NGC 5195 - została dostrzeżona niedługo później, bo w roku 1781 przez francuskiego astronoma Peirre Méchaina. Wtedy nie wiedziano jednak czy mamy do czynienia z dwoma obiektami fizycznie ze sobą związanymi, czy jest to przypadkowe ułożenie na sferze niebieskiej dwóch obiektów, które w rzeczywistości znajdują się daleko od siebie. Warto wspomnieć, że były to czasy, w których nic nie wiedziano o prawdziwej naturze galaktyk i jeszcze przez wiele lat tego typu obiekty uznawano za mgławice leżące wewnątrz naszej Galaktyki.

Galaktyki M51a i M51b. Fot. NASA/ESA. Źródło: Wikipedia.

To co widzieli Messier i Méchain odpowiada mniej więcej temu, co możemy zobaczyć w dzisiejszych czasach średniej wielkości lornetką. M51 wraz ze swoją towarzyszką jawią się jako wydłużona mgiełka o rozmiarach 11.2 x 6.9 minut łuku i jasności 8.4 magnitudo. Daje się ją dojrzeć niewielką lornetką klasy 40-50 mm, ale nawet pod bardzo ciemnym niebem nie jest wtedy widokiem efektownym. Kształt obiektu zobaczymy znacznie lepiej w lornetce o obiektywie 70-80 mm, ale chcąc zobaczyć coś więcej, musimy dysponować instrumentem o średnicy obiektywu na poziomie 100-150 mm. W 1845 roku na M51 skierował swój 1.8-metrowy teleskop brytyjski astronom William Parsons i jego oczom ukazała się spiralna struktura galaktyki. Była to pierwsza ze znanych mgławic, u której taką spiralną strukturę dostrzeżono.

Dzisiaj wiemy już, że M51 to galaktyka oddalona od nas o 23 miliony lat świetlnych, a jej rzeczywisty rozmiar to 76 tysięcy lat świetlnych czyli mniej więcej 3/4 rozmiaru naszej Drogi Mlecznej. Całkowitą masę M51 szacuje się na 160 miliardów mas Słońca. Z Ziemi omawiana galaktyka jest obserwowana od strony jej bieguna galaktycznego, co sprawia, że imponujące i wspominane już tutaj, ramiona spiralne możemy obserwować praktycznie w pełnej krasie.

Skoro już o pełnej krasie mowa, warto wspomnieć o jeszcze jednej rzeczy. W 2005 roku Hubble Heritage Project przygotował obraz M51 i jej towarzyszki w oparciu o zdjęcia wykonane kamerą Advanced Camera for Surveys umieszczoną na pokładzie Teleskopu Kosmicznego Hubble'a. Wynikowa fotografia ma imponującą rozdzielczość 91 Mpix (dokładnie 11477 × 7965 pikseli). Jeśli ktoś chciałby wydrukować sobie tak szczegółowe zdjęcie w bardzo dużym formacie, może je pobrać choćby z Wikipedii. Szczerze zachęcamy!

Galaktyki M51a i M51b widziane w różnych długościach fali: a) 0.4; 0.7 μm – b) vis-blue/green; ir-red – c) 3.6; 4.5; 8 μm – d) 24 μm Fot. NASA/JPL-Caltech. Źródło: Wikipedia.

Towarzysz Galaktyki Wir - galaktyka karłowata NGC 5195 - znajduje się na końcu jednego z ramion M51 i należy do galaktyk soczewkowatych. W rzeczywistości ów satelita znajduje się w przestrzeni nieco za M51. Galaktyki te oddziałują ze sobą grawitacyjnie. Blask NGC 5195 wynosi 10 magnitudo.

Wnętrze galaktyki M51 widziane w świetle widzialnym (HST) i w podczerwieni (Spitzer). Fot. NASA/ESA. Źródło: Wikipedia.

Jak już wspomnieliśmy, przez wiele lat po odkryciu, obiekty podobne do M51 były uznawane za mgławice leżące wewnątrz naszej Galaktyki. Ich prawdziwa natura i ogromne odległości w jakich się one znajdują zostały określone w latach 20-tych XX wieku, kiedy to Edwin Hubble wykorzystał relację okres-jasność dla cefeid aby wyznaczyć odległości do najjaśniejszych galaktyk.

Co ciekawe, natura struktury spiralnej, zaobserwowanej po raz pierwszy właśnie u M51, musiała czekać jeszcze dłużej na swoje wyjaśnienie. Z badań ruchów gwiazd w naszej Galaktyce wiemy, że galaktyki nie rotują jak ciała sztywne, więc struktura spiralna nie może obracać się sztywno razem z całą jej galaktyką macierzystą. Struktura ta nie może być też efektem zwykłego nawijania się gęstszych obszarów na skutek ich ruchu dookoła centrum galaktyki. Ponieważ obiekty znajdujące się bliżej owego centrum poruszają się szybciej niż te znajdujące się dalej, ramiona spiralne nie były stabilne i nawijały się jedno na drugie znacznie szybciej niż to obserwujemy. W efekcie, po kilku-kilkunastu obrotach struktura spiralna przestałaby być rozróżnialna od reszty galaktyki.

Wyjaśnienie problemu zaproponowali C.C. Lin i Frank Shu w pracy naukowej opublikowanej w roku 1964 w prestiżowym czasopiśmie "Astrophysical Journal". Zasugerowali oni, że struktura spiralna galaktyk to nic innego jak fale gęstości, przez które przechodzą kolejno, wraz ze swoim ruchem orbitalnym, kolejne grupy gwiazd i obłoków gazowo-pyłowych. Owe fale gęstości też poruszają się w galaktyce, lecz robią to wyraźnie wolniej niż inne obiekty. Mamy tutaj pewną analogię do korka samochodowego na autostradzie. Ów korek to nic innego niż właśnie fala gęstości, do której samochody dojeżdżają, zwalniają, przez pewien czas poruszają się razem z nim, a potem go opuszczają. Sam korek też może zmieniać swoje położenie lecz robi to wolniej niż przejeżdżające przez niego auta.

Samo istnienie spiralnych fal gęstości wynika ze specyficznego ułożenia eliptycznych orbit obiektów poruszających się dookoła centrum galaktyki (patrz powyższy rysunek). Fakt, że ramiona spiralne widzimy tak wyraźnie wynika nie tylko z większej gęstości obiektów tam zawartych. Przejście materii przez falę gęstości zaburza stabilność obłoków gazowo-pyłowych, powoduje ich kolaps i przyczynia się do narodzin nowych gwiazd. Obserwacje potwierdzają, że w galaktykach spiralnych, właśnie w ich ramionach, zachodzą intensywne procesy gwiazdotwórcze. Młode gwiazdy, szczególnie te masywne, emitują duże ilości promieniowania, przez co ramiona świecą wyraźniej niż otaczające je okolice.

Rekonstrukcja wyglądu naszej Galaktyki na podstawie obserwacji podczerwonego Spitzer Space Telescope. Źródło: California Institute of Technology.

Na zakończenie warto wspomnieć, że nasza Droga Mleczna też jest galaktyką spiralną, choć specyficzną, bo posiadającą wyraźną poprzeczkę w swoim centrum. O tym jak może ona wyglądać udało nam się przekonać dzięki obserwacjom w podczerwieni przeprowadzonym przez Spitzer Space Telescope. Z dużego zgrubienia centralnego, które ma kształt sporej poprzeczki, odchodzą dwa główne ramiona: Tarczy-Centaura oraz Perseusza. Pomiędzy nimi widać dwa słabsze ramiona: Strzelca i Węgielnicy. Na rysunku zaznaczono także ramię zewnętrzne, które zostało odkryte niedawno dzięki obserwacjom radiowym.

W odległości około 30 tysięcy lat świetlnych od centrum Galaktyki, rzucone pomiędzy dwa główne ramiona, znajduje się jeszcze niezbyt imponujące ramię Oriona. Jedna z jego gwiazd, to niepozorny żółty karzeł typu widmowego G2 o promieniu niespełna 700 tysięcy kilometrów, wokół którego krąży planeta zwana Ziemią.

Sponsorem cyklu „Niebo przez lornetkę” jest firma: