Vintergatan är en stavspiral galax med en uppskattad D25 isofotal diameter på 26,8 ± 1,1 kiloparsec (87.400 ± 3.600 ljusår) – och ändå är den endast cirka 1.000 ljusår tjock vid spiralarmarna. Plattsla en så bred skiva till den tjockleken och proportionerna blir snabbt konstiga: galaxen vi lever in är mycket mer likt ett ark än en sfär.
Den innehåller ett uppskattat 100-400 miljarder stjärnor och minst lika många planeter, alla i omloppsbana omkring ett gemensamt centrum som astronomer bara lyckades fotografera direkt 2022. Mellan den synliga skivan och det osynliga materialet omkring den är Vintergatan märkligare och större än det lugna ljusband det verkar vara från en mörk bakgård.
Var Vi Faktiskt Sitter
Solsystemet är beläget på en radie av cirka 27.000 ljusår (8,3 kpc) från det galaktiska centrumet, på insidan av Orion-armen, en av de spiralformade koncentrationerna av gas och damm som slingrar sig genom skivan. Detta placerar oss långt borta från det täta centrumet och före den verkliga kanten – en ganska vanlig adress i en galax med hundraåtalet miljarder stjärnor.
Borta från det centrala utbuktningen eller yttre kant är den typiska stjärnorbitalhastigheten mellan 200 och 220 km/s. Varje stjärna i denna mittzon, inklusive Solen, kretsar kring det galaktiska centrumet med ungefär denna hastighet, allt låst i samma långa, tysta omloppsbana.
Ett Svart Hål Vi Slutligen Fotograferade
Stjärnorna i Vintergatans inre 10.000 ljusår bildar en utbuktning och en eller flera stavar som strålar från utbuktningen, och mitt i denna utbuktning sitter något märkligare än stjärnor. Masskoncentrationen där förklaras bäst som ett supermassivt svart hål (SMBH) med en uppskattad massa på 4,1 till 4,5 miljoner gånger Solens massa – ett objekt som astronomer hade dragit slutsatser från rörelsen av närliggande stjärnor årtionden innan de såg det direkt.
Det förändrades den 12 maj 2022, när den första bilden av Sagittarius A* släpptes av Event Horizon Telescope Collaboration. Det är den andra bekräftade bilden av ett svart hål som någonsin producerats, efter Messier 87:s supermassiva svarta hål 2019 – vilket betyder att mänskligheten nu direkt har avbildat exakt två svarta hål, och ett av dem är det i centrum av vår egen galax.
Stjärnor passerar anmärkningsvärt nära det. Från och med 2020 är stjärnan S4714 rekordhållare för närmaste närmande till Sagittarius A*, på cirka 12,6 AU (1,88 miljarder km) – nästan lika nära som Saturnus närmar sig Solen – medan den reser på cirka 8% av ljusets hastighet. En stjärna som svänger så nära ett supermassivt svart hål, på en betydande bråkdel av ljusets hastighet, är den typ av extrem fysik som bara förekommer vid en galax kärna.
Två Armar, Inte Fyra
I årtionden visade illustrationer av Vintergatan fyra större spiralarmar. Infraröda undersökningar har gjort denna bild mer komplicerad: detta bevis tyder på att Vintergatan endast besitter två större stjärnor armar, Perseus-armen och Scutum-Centaurus-armen, medan de andra reduceras till mindre strukturer. Scutum-Centaurus-armen sticker fortfarande ut tydligt i data – den innehåller cirka 30% fler röda jättar än vad som skulle förväntas i frånvaro av en spiralarm, en täthetssignatur som synligt ljus ensamt inte avslöjar lika rent.
Staven i galaxens centrum tog sin egen väg till erkännande. Astronomer antog först på 1960-talet att Vintergatan är en stavspiral galax snarare än en vanlig spiralgalax, men det tog årtionden att bekräfta. Dessa antaganden bekräftades av Spitzer Space Telescope observationer 2005, som visade Vintergatans centralstav vara större än tidigare trodde – en egenskap dold för ögonen, skuggad av samma damm som döljer så mycket av galaxcentrumet från teleskop med synligt ljus.
En Gammal, Långsamt Roterande Halo
Bortom skivan bär Vintergatan en halo av mycket äldre stjärnor bakom sig. I stjärnhaloen tenderar stjärnor att vara gamla, med de flesta äldre än 12 miljarder år, och de rör sig mycket annorlunda än skivstjärnor: halostjärnor har en observerad radiell hastighetsfördelning på cirka 200 kilometer per sekund, men en låg genomsnittlig rotationshastighet på cirka 50 km/s. Skivstjärnor kretsar tillsammans i en snabb, ordnad ström; halostjärnor driver i en långsam, spridd svärm som knappt har organiserat sig själv på över 12 miljarder år.
Nyare simuleringar tyder på att ett område med mörk materia omkring Vintergatan, som också innehåller några synliga stjärnor, kan sträcka sig till en diameter på nästan 2 miljoner ljusår (613 kpc). Räknande endast vad som lyser, är Vintergatan cirka 87.400 ljusår i diameter; räknande vad dess gravitation faktiskt kontrollerar, kan den sträcka sig nästan 2 miljoner ljusår. Med denna bredare 200 kpc cutoff för att definiera galaxen, är Vintergatan ungefär 0,88 biljoner gånger Solens massa totalt (8,8×10^11 solmasssor) – den överväldigande majoriteten osynlig.
En Satellit Som Krusade Galaxen
Vintergatan är inte ensam även inom sitt eget gravitationsfält. Sagittarius Dwarf Spheroidal Galaxy, en satellit av Vintergatan, är cirka 10.000 ljusår i diameter och är för närvarande cirka 80.380 ljusår från jorden, resenär i en polar bana på ett avstånd på cirka 50.000 ljusår från Vintergatans kärna. Det är en liten följeslagare, som rör sig över galaxens poler snarare än genom dess skiva.
Liten som den är, har denna satellit lämnat sitt avtryck på hela galaxen. 2018 visade Europeiska rymdorganisationens Gaia-projekt att Sagittarius Dwarf Spheroidal Galaxy hade orsakat störningar i en uppsättning stjärnor nära Vintergatans kärna, vilket orsakade oväntade vågformiga rörelser av stjärnor, utlösta när den rörde sig genom Vintergatan för 300 till 900 miljoner år sedan. En dvärggalax som en bråkdel av Vintergatans storlek kom tillräckligt nära för hundraåtalet miljoner år sedan för att krusadt stjärnor nära vår egen galaxkärna – och kruset var fortfarande detekterbara när Gaia sökte efter det.
Varje Stjärna, Karterad Två Gånger
Det omfattning av vad astronomer nu vet om Vintergatan skyldes mycket ett enda rymdfarkost. Gaia-uppdraget har utökat antalet observerade stjärnor i Vintergatan från cirka 2 miljoner på 1990-talet till 2 miljarder – en tusenfaldig ökning i en generation av astronomi, och fortfarande endast en liten bråkdel av de 100-400 miljarder stjärnor som galaxen tros innehålla.
En Långsam Kollision Redan Underweg
Vintergatans långsiktiga framtid är redan skriven in i grannars rörelse. Andromeda-Vintergatan-kollisionen är en galaxkollision som kan inträffa om cirka 4,5 miljarder år mellan de två största galaxerna i Lokala gruppen, och Andromeda Galaxy närmar sig Vintergatan med cirka 110 kilometer per sekund, som indikeras av blåförskjutning.
När det inträffar kommer de två galaxerna att passera genom varandra med överraskande liten direkt kontakt. Andromeda Galaxy innehåller cirka 1 biljoner (10^12) stjärnor och Vintergatan cirka 300 miljarder (3×10^11), och ändå är sannolikheten att två stjärnor kolliderar försumbar på grund av de enorma avstånden mellan stjärnor. Två galaxer av denna skala kommer att passera genom varandra, och fusionens verkliga drama kommer att utspela sig nästan helt i tomt utrymme.