Млечный Путь не всегда выглядел так, как сегодня. Около 10,8 млрд лет назад наша галактика начала переходить от быстрого уплощения к более медленным изменениям. К такому выводу пришли авторы исследования, опубликованного в Astrophysical Journal Letters. Они изучили данные космического телескопа Gaia и восстановили историю формирования звездного диска галактики.
Два слоя звездного диска
Диск Млечного Пути состоит из двух частей. Тонкий диск включает спиральные рукава, в одном из которых находится Солнечная система. Здесь сосредоточена большая часть газа и пыли, из которых рождаются новые звезды. В нем живут как молодые светила, так и звезды среднего возраста, в том числе Солнце.
Толстый диск устроен иначе. Он более рыхлый, содержит преимущественно древние звезды и почти не участвует в современном звездообразовании. В его звездах обычно меньше тяжелых элементов, чем в светилах тонкого диска. Поэтому толстый диск помогает астрономам изучать раннюю историю галактики.
Ученые давно спорят о том, как возникло это разделение. Согласно одной версии, звезды сначала формировались в тонком диске, а затем гравитационные взаимодействия с газовыми облаками и спиральными рукавами выбрасывали часть из них на более высокие орбиты. По другой версии, сам диск со временем становился тоньше, а каждое новое поколение звезд рождалось ближе к его плоскости.
Gaia помогла восстановить историю галактики
Различить эти сценарии непросто: для этого необходимо точно знать возраст большого количества звезд, особенно самых древних. Исследователи во главе с Дэвидом Мирабалом из Института астрофизики Канарских островов использовали данные третьего выпуска каталога Gaia (DR3), опубликованного в 2022 году.
Ученые сравнили цвет и яркость звезд, чтобы оценить их возраст и содержание тяжелых элементов. Затем они проследили, как звезды разного возраста распределены по высоте относительно плоскости галактики.
Результаты показали, что около 10,85 млрд лет назад Млечный Путь начал уплощаться гораздо медленнее. До этого за два миллиарда лет толщина звездного диска сократилась с более чем 4100 до 1600 световых лет — почти в 2,6 раза. Затем процесс замедлился: у самых молодых звезд толщина диска составляет около 400 световых лет. Это в десять раз меньше его первоначального размера.
Сначала толстый диск, затем тонкий
По мнению авторов, эти данные лучше согласуются со сценарием, при котором Млечный Путь формировался «снизу вверх» в обратном смысле привычной картины: сначала возник широкий и турбулентный диск, а затем внутри него постепенно сформировался более тонкий слой.
В ранней галактике газ двигался хаотично, поэтому звезды рождались на орбитах, распределенных по значительной высоте. По мере того как газ успокаивался, охлаждался и оседал ближе к общей плоскости, новые поколения звезд формировали все более тонкий диск. Древние светила при этом сохраняли орбиты, характерные для толстого диска.
«Это исследование решает давнюю проблему астрофизики, — отметил ведущий автор работы Дэвид Мирабал в пресс-релизе. — В моделировании были возможны оба сценария формирования диска, но наблюдательных данных, которые позволяли бы определить, какой из них реализовался в Млечном Пути, не хватало».
По словам исследователя, полученные результаты стали первым убедительным наблюдательным свидетельством в пользу одного из сценариев раннего формирования галактики. Сделать это удалось благодаря более точным оценкам возраста древних звезд.
Таким образом, нынешнее различие между толстым и тонким дисками может отражать два этапа истории Млечного Пути: бурный ранний период и последующее постепенное уплощение газового слоя, в котором продолжают рождаться звезды.