Згідно з новими даними, отриманими вченими в рамках місії ЄКА Gaia,область Чумацького Шляху, відома як товстий диск, почала формуватися 13 мільярдів років тому, всього через 800 мільйонів років після Великого Вибуху. Це відбулося приблизно на 2 мільярди років раніше, ніж вважалося до останнього моменту.

Цей результат було отримано в процесі аналізу даних, що був проведений Маошен Сяном та Хансом-Вальтером Ріксом з Інституту астрономії Макса Планка в Німеччині.

Вчені піддали сумісному аналізу дані про яскравість і розміщення зір з набору Gaia Early Data Release 3 (EDR3) та дані про їх хімічний склад китайського телескопу LAMOST. Метою аналізу було визначення віку 250 тисяч зір-субгігантів.

Ядра зір цього типу, які складаються переважно з гелію, більше не підтримують реакцію термоядерного синтезу. Область енерговиділення в цих зорях змістилася в область навколо ядра, багату воднем. Оскільки стадія субгіганту є досить короткою еволюційною фазою в житті зорі, вона дозволяє визначити її вік з великою точністю.

Взагалі, вік – один з самих складних для визначення параметрів зорі. Його неможливо виміряти безпосередньо. Натомість проводиться аналіз параметрів зорі та їх порівняння з комп’ютерними моделями зоряної еволюції.

Ми знаємо, що на самому початку еволюції Всесвіту він складався виключно з водню та гелію. Решта хімічних елементів, відомих астрономам під загальною назвою метали, виникали та виникають всередині зір в процесі термоядерного синтезу і в подальшому викидаються в космос в кінці життєвого циклу зорі. Там вони стають “будівельним матеріалом” для наступних зоряних поколінь.

Аналізуючи металічність (відсотковий вміст важчих за водень і гелій елементів) тієї чи іншої зорі та знаючи, що старіші зорі містять менше металів, ми можемо визначити вік світила. До останнього часу похибка в визначенні зоряного віку сягала 20-40%, що в абсолютних величинах відповідає часовому проміжку в більш ніж мільярд років.

Новий аналіз, заснований на даних Gaia EDR3 та LAMOST, зменшує похибку до кількох відсотків. На підставі нових даних вчені взялися до аналізу віку зір, що входять до складу товстого диску Галактики.

Товстий диск – центральна область Чумацького Шляху. Він має опуклу форму з товщиною, що більш ніж в два рази перевищує товщину тонкого диску – оточуючого його утворення, що містить більшість зір Галактики. Далі пролягає галактичне гало – сферична область, що оточує диск Чумацького Шляху, є бідною зорями  і яка до останнього часу вважалася найстарішим компонентом.

Проаналізувавши параметри субгігантів у цих областях, вчені побудували часову шкалу формування Чумацького Шляху. Результат їх здивував.

Згідно з новими даними, формування Чумацького Шляху проходило в дві фази. На першому етапі, через 800 мільйонів років після Великого Вибуху, почався процес зореутворення в товстому диску і, ймовірно, у внутрішніх областях гало. Цей процес значно прискорився після зіткнення Чумацького Шляху з галактикою, відомою як Гайя-Ковбаса-Енцелад, що відбулося близько 11 мільярдів років тому. Саме це зіткнення, за результатом нового дослідження, призвело до зародження більшості зір в товстому диску.

Тонких диск, в одному з рукавів якого знаходиться Сонце, був утворений на другому етапі формування Галактики.

Також нове дослідження показує, що зореутворення в товстому диску тривало ще близько 6 мільярдів років після Великого Вибуху – до моменту вичерпання водню та гелію. За цей час металічність товстого диску виросла більш ніж в 10 разів.

Відкриття, що вказує на більший, ніж вважалося до цього, вік товстого диску, змінює наші уявлення про ранню історію Галактики.

З моменту відкриття стародавнього злиття з Гайєю-Ковбасою-Енцеладом в 2018 році астрономи підозрювали, що Чумацький Шлях вже існував до того, як сформувалося гало, але у нас не було чіткого уявлення про те, який він мав вигляд. Наші результати надають докладні відомості про цю частину Чумацького Шляху, такі як день її народження, швидкість зореутворення і історію збагачення металами. Об’єднання цих відкриттів з використанням даних Gaia докорінно змінює наші уявлення про те, коли й як була сформована наша галактики

Маошен Сян

Нові спостереження, які очікуються в найближчому майбутньому завдяки телескопу імені Джеймса Веба, дозволять вчени вивчити і інші віддалені від  нас галактики та дослідити процеси їх формування.

Також 13 червня цього року очікується реліз третього повного набору даних Gaia DR3. Цей каталог включатиме в себе дані про спектри та металічність великої кількості зір, що спростить проведення подібних досліджень.

З кожним новим аналізом та випуском даних Gaia дозволяє нам систематизувати історію нашої галактики зі ще більшими подробицями. З релізом  Gaia DR3 в червні астрономи зможуть збагатити історію ще більшою кількістью деталей.

Тімо Прусті, науковий співробітник проекту Gaia в ЄКА

Джерело: