Согласно новым данным, полученным учёными в рамках миссии ЕКА Gaia, область Млечного Пути, известная как толстый диск, начала формироваться 13 миллиардов лет назад, всего через 800 миллионов лет после Большого взрыва. Это произошло примерно на 2 миллиарда лет раньше, чем считалось до последнего момента.
Этот результат получен в процессе анализа данных, проведенного Маошен Сяном и Хансом-Вальтером Риксом из Института астрономии Макса Планка в Германии.
Учёные подвергли совместному анализу данные о яркости и местоположении звёзд из набора Gaia Early Data Release 3 (EDR3) и данные о химическом составе звёзд китайского телескопа LAMOST. Целью анализа было определение возраста 250 тысяч звёзд-субгигантов.
Ядра звёзд этого типа, состоящие преимущественно из гелия, перестали поддерживать реакцию термоядерного синтеза. Область энерговыделения в них переместилась в область вокруг ядра, богатую водородом. Поскольку стадия субгиганта является относительно короткой эволюционной фазой в жизни звезды, она позволяет определить её возраст с большой точностью.
Вообще, возраст — один из самых сложных для определения параметров звезды. Его невозможно измерить непосредственно. Вместо этого проводится анализ параметров звезды и их сравнение с компьютерными моделями звёздной эволюции.
Мы знаем, что в самом начале эволюции Вселенной она состояла исключительно из водорода и гелия. Другие химические элементы, известные астрономам под общим названием металлы, возникали и возникают внутри звезд в процессе термоядерного синтеза и впоследствии выбрасываются обратно в космос в конце жизненного цикла звезды. Там они становятся «строительным материалом» для следующих звёздных поколений.
Анализируя металличность (процентное содержание более тяжелых, чем водород и гелий, элементов) той или иной звезды и зная, что более старые звёзды содержат меньше металлов, мы можем определить возраст того или иного светила. До последнего времени погрешность в определении звёздного возраста достигала 20-40%, что в абсолютных величинах даёт временной промежуток в более чем миллиард лет.
Новый анализ, основанный на данных Gaia EDR3 и LAMOST, уменьшает погрешность до нескольких процентов. Основываясь на новых данных, учёные приступили к анализу возраста звёзд, входящих в состав толстого диска Галактики.
Толстый диск — центральная область Млечного Пути. Он имеет выпуклую форму с толщиной, более чем в два раза превышающей толщину тонкого диска — окружающего его образования, содержащего большинство звёзд Млечного Пути. Далее простирается галактическое гало — сферическая область, окружающая диск Галактики, бедная звёздами и до последнего момента считавшаяся старейшим компонентом.
Проанализировав параметры субгигантов в этих областях, учёные построили временную шкалу формирования Млечного Пути. Результаты их удивили.
Согласно новым данным, формирование Млечного Пути имело две фазы. На первом этапе, через 800 миллионов лет после Большого Взрыва, начался процесс звездообразования в толстом диске и, вероятно, во внутренних областях гало. Этот процесс значительно ускорился после столкновения Млечного Пути с галактикой, известной как Гайя-Колбаса-Энцелад, произошедшего около 11 миллиардов лет назад. Именно это столкновение, по результатам нового исследования, привело к зарождению большинства звёзд в толстом диске.
Тонкий диск, в одном из рукавов которого находится Солнце, был образован на втором этапе формирования Галактики.
Также новое исследование показывает, что звездообразование в толстом диске продолжалось еще примерно 6 миллиардов лет после Большого Взрыва — до момента исчерпания водорода и гелия. За это время металличность толстого диска возросла более чем в 10 раз.
Открытие, указывающее на больший, чем считалось до этого, возраст толстого диска, изменяет наши представления о ранней истории Галактики.
С момента открытия древнего слияния с Гайей-Колбасой-Энцеладом в 2018 году астрономы подозревали, что Млечный Путь уже существовал до того, как сформировалось гало, но у нас не было чёткого представления о том, как он выглядел. Наши результаты предоставляют подробные сведения об этой части Млечного Пути, такие как её день рождения, скорость звездообразования и история обогащения металлами. Объединение этих открытий с использованием данных Gaia коренным образом меняет наше представление о том, когда и как была сформирована наша галактика
Маошен Сян
Новые наблюдения, ожидающиеся в ближайшем будущем благодаря телескопу имени Джеймса Уэбба, позволят учёным изучить и другие, удалённые от нас галактики и исследовать процессы их формирования.
Также 13 июня этого года ожидается релиз третьего полного набора данных Gaia DR3. Этот каталог будет включать в себя данные о спектрах и металличности большого количества звёзд, что упростит проведение подобных исследований.
С каждым новым анализом и выпуском данных Gaia позволяет нам собрать воедино историю нашей галактики с ещё более беспрецедентными подробностями. С релизом Gaia DR3 в июне астрономы смогут обогатить историю ещё большим количеством деталей.
Тимо Прусти, научный сотрудник проекта Gaia в ЕКА