Астрономы используют «галактическую археологию», чтобы разгадать тайну происхождения млечного пути
Как окаменелости проливают свет на то, как развивалась жизнь на Земле, так и звезды могут показать, как эволюционировали галактики с течением времени. Однако расчет точного возраста звезды может оказаться очень сложной задачей. Но в исследовании, опубликованном в среду в журнале Nature, астрономы определили последовательность событий, которые могли привести к формированию нашей галактики. Все, что им нужно было сделать, это посмотреть на редкий тип звезды, известный как субгигант, который может действовать как космические часы.
ЧТО ТАКОЕ СУБГИГАНТСКАЯ ЗВЕЗДА? — Звезды бывают разных размеров. Например, наше Солнце — желтый карлик, тогда как Бетельгейзе, правое плечо созвездия Ориона, — красный сверхгигант.
Размер звезды зависит не только от массы, с которой она родилась, но и от ее возраста. Например, примерно через 5 миллиардов лет после того, как Солнце начнет израсходовать свое топливо, оно раздуется и станет красным гигантом.
Субгиганты ярче карликовых звезд, но не такие яркие, как звезды-гиганты. Звезда с относительно малой массой, такая как Солнце, ненадолго проходит фазу субгиганта, когда истощает водородное топливо в своем ядре, из-за чего ее сердце начинает схлопываться под собственным весом, вызывая всплеск температуры. Эта стадия длится всего несколько миллионов лет и заканчивается, когда звезда вступает в гигантскую фазу своей эволюции, когда водород в оболочке вокруг ядра начинает плавиться, вызывая быстрое расширение ее внешних слоев.
Яркость и температура поверхности субгиганта напрямую связаны с возрастом этой звезды. Это означает, что субгиганты могут позволить наиболее точную из известных оценок возраста звезды. Такие данные могут оказаться ключевыми в разгадке хронологии галактики.
ЧТО СДЕЛАЛИ УЧЕНЫЕ? — Поскольку субгигантская фаза относительно короткая, ее обнаружение оказалось редким. Только несколько процентов звезд Млечного Пути существуют как субгиганты в любой момент времени.
В новом исследовании астрономы изучили данные о местоположении и расстояниях почти 1,5 миллиарда звезд из космической обсерватории Gaia Европейского космического агентства, а также химические и температурные данные для более чем 9 миллионов звезд с многообъектного оптоволоконного спектроскопа большой области неба в Китае. Это помогло им идентифицировать примерно 250 000 субгигантов.
«Астрономы жаждали получить достаточно точный метод для оценки возраста отдельных звезд Млечного Пути», — рассказывает Inverse астрофизик Тимоти Бирс из Университета Нотр-Дам в Индиане, не принимавший участия в этом исследовании. «Новый подход, использующий результаты Gaia и спектроскопического исследования LAMOST, обеспечивает именно такой подход. Самое главное, что теперь мы можем установить часы того, как различные части Млечного Пути собирались с течением времени, что довольно захватывающе."
Эти новые открытия увеличивают количество звезд с точно оцененным возрастом в сто раз. Они также охватывают большую часть Млечного Пути, а также диапазон возрастов от 1,5 миллиарда лет до возраста Вселенной, 13,8 миллиарда лет.
«Это все равно, что перейти от воспоминаний о своем детстве к просмотру четко восстановленного фильма о жизни», — говорит ведущий автор исследования Маошэн Сян, астрофизик из Института астрономии Макса Планка в Гейдельберге, Германия. «Это начало новой эры галактической археологии, когда мы можем точно датировать события, которые произошли в истории Млечного Пути, и расположить события во временной последовательности».
ЧТО ОНИ НАШЛИ? — Млечный Путь состоит из двух основных частей — диска, на котором находится большинство звезд галактики, и гало примерно сферической формы, вероятно, состоящего в основном из остатков карликовых галактик, поглощенных Млечным Путем. Диск, в свою очередь, делится на тонкий диск, в который входит Солнце, и толстый диск с более старыми звездами, тогда как гало состоит из более плоского внутреннего гало и более круглого внешнего гало.
До недавнего времени большинство астрономов считали, что гало Млечного Пути образовалось до диска, говорит Сян. Однако новые результаты показывают, что толстый диск Млечного Пути, вероятно, был первой структурой, возникшей в галактике, которая уже начала формироваться около 13 миллиардов лет назад, всего через 800 миллионов лет после Большого взрыва.
Внутреннее гало закончилось формирование примерно 11 миллиардов лет назад, когда прото-Млечный Путь слился с карликовой галактикой Гайя-Колбаса-Энцелад. Эти новые данные также показывают, что большинство звезд в толстом диске образовались во вспышках примерно в одно и то же время, отмечает Сян.
Анализ возраста и химического состава звезд Млечного Пути показал, что толстый диск, вероятно, образовался из сильно турбулентного газа, который тщательно перемешивал вещество внутри него в течение 5-6 миллиардов лет. Этот диск толщиной примерно 6000 световых лет затем, по-видимому, исчерпал большую часть своего первоначального запаса водородного топлива, и звездообразование внутри него почти прекратилось.
После этой неспокойной эпохи Млечный Путь все еще получал устойчивый приток умеренного количества водородного топлива из межгалактического пространства. В результате образовался тонкий диск толщиной примерно 2000 световых лет. Затем наша галактика вступила в долгую и относительно скучную взрослую жизнь, начавшуюся около 8 миллиардов лет назад, без каких-либо крупных столкновений и слияний с другими галактиками. Такая спокойная жизнь может быть нормой для эволюции галактик, учитывая недавние компьютерные симуляции.
В целом, «текущая работа, возможно, является первой, которая создает полную картину формирования галактики, — говорит Сян, — с самого недавнего времени до самого конца времени».
ЧТО ДАЛЬШЕ? — Узнав больше о формировании Млечного Пути, мы «также можем помочь нам понять историю других галактик», — говорит Сян. «Млечный Путь — обычная спиральная дисковая галактика среди миллиардов подобных галактик во Вселенной».
Тем не менее, эти новые данные показывают, что Млечный Путь начал формироваться вскоре после Большого взрыва. Остается неясным, сколько других галактик, таких как Млечный Путь, столь же стары, что, в свою очередь, делает неизвестным, насколько эти новые открытия о Млечном Пути могут быть применимы к другим галактикам. «Ответ на этот вопрос могут дать предстоящие наблюдения космического телескопа Джеймса Уэбба», — говорит Сян.
Комментарии
Отправить комментарий