Цікавості

Чумацький Шлях має не лише красиві спіральні рукави, а й складну внутрішню будову. Його зорі розподілені між балджем, гало та диском, який, своєю чергою, поділяється на тонкий і товстий диски. Нове дослідження за даними місії Gаіа дає переконливу відповідь на давнє питання: як саме сформувалися ці два шари диска.Про результати розповідає стаття в журналі Тhе Аstrорhysісаl Jоurnаl Lеttеrs, на яку звертає увагу видання Unіvеrsе Тоdаy. Роботою керував Давід Мірабаль (Dаvіd Міrаbаl) з Інституту астрофізики Канарських островів.

Чим відрізняються тонкий і товстий диски

Тонкий диск містить молоді та середнього віку зорі, зокрема й Сонце. Тут зосереджені спіральні рукави, більшість газу й пилу, а також відбувається основне народження нових зір. Металевість у тонкому диску вища, адже його речовина вже не раз збагачувалася продуктами вибухів попередніх поколінь зір.Товстий диск, навпаки, більш «роздутіший» і розріджений. У ньому переважають дуже старі зорі, майже не формується нових, а вміст важких елементів значно нижчий. Астрономи часто називають товстий диск своєрідним «зоряним літописом» ранньої історії галактики.Довгий час існували дві основні ідеї, як виникла ця структура. За однією, зорі спершу народжуються в тонкому диску, а згодом гравітаційні взаємодії з газовими хмарами, спіральними рукавами чи центральним баром «розкидають» частину з них вище й нижче площини — так нібито формується товстий диск. За іншою, газ у молодій галактиці поступово осідає: спочатку диск загалом товстий, а кожне нове покоління зір народжується вже в дедалі тоншому шарі.Відрізнити ці сценарії можна лише за точними віками великої кількості зір, особливо найстаріших. Саме це й було головною проблемою попередніх робіт.

Як Gаіа допомогла «побачити» історію диска

Нове дослідження спирається на дані третього релізу Gаіа (DR3), оприлюдненого у 2022 році. Команда Мірабаля використала метод підгонки діаграм колір–зоряна величина для великої вибірки зір, щоб отримати розподіли віку та металевості, а також простежити, на якій висоті над площиною диска розташовані зорі різного віку.Автори показують, що на ранніх етапах історії Всесвіту газ у Чумацькому Шляху був дуже турбулентним, а сама галактика — «потовщеною» у вертикальному напрямку, фактично як один суцільний товстий диск. Зорі тоді народжувалися на орбітах, далеких від тонкої площини.З часом турбулентність зменшувалася, газ охолоджувався й стискався до тоншого шару всередині вже наявного товстого диска. Так почав формуватися тонкий диск, тоді як старі зорі зберегли свої високі орбіти в товстому шарі.

Різкий перелом 10,8 мільярда років тому

Ключовий результат роботи — виявлення чіткого «зламу» в еволюції товщини диска приблизно 10,8 мільярда років тому, тобто через кілька мільярдів років після Великого вибуху. Саме тоді темп «сплющення» диска різко змінився.Дослідники вимірювали так звану вертикальну масштабну висоту hZ — характеристику, що описує, наскільки товстим є диск. Вони пишуть, що до віку близько 10,85 мільярда років зменшення hZ було дуже стрімким: менш ніж за 2 мільярди років диск «схуд» з понад 1,26 кілопарсека до приблизно 0,5 кілопарсека. У світлових роках це означає перехід від близько 4100 до 1600 світлових років.Після цього періоду подальше тоншання відбувалося вже набагато повільніше, і для наймолодших зоряних популяцій hZ становить близько 0,1 кілопарсека, тобто приблизно 400 світлових років. На графіках з роботи це виглядає як різкий «обрив» кривої еволюції масштабної висоти саме близько 10,8 мільярда років тому.Цей перелом означає, що давні зорі товстого диска не були викинуті туди з тонкого шару пізніше. Вони від самого початку народжувалися в набагато товстішому, турбулентному диску, тоді як молодші покоління зір формувалися вже в дедалі тоншому шарі всередині нього.

«Перевернутий» сценарій формування галактики

Автори описують цей процес як «перевернуте» формування: вертикальна структура диска зростала ніби ззовні всередину. Спочатку виник товстий диск зі старими, бідними на метали зорями, а пізніше, у спокійніший період, газ поступово осідав і дав початок тонкому диску з молодшими зорями та активним зоряним народженням.За словами дослідників, завдяки точним вікам і високій повноті вибірки вдалося виділити дві чіткі часові фази еволюції: ранню, дуже турбулентну епоху формування товстого диска та наступний більш спокійний період, коли повільне осідання газу сформувало тонкий диск.На думку Мірабаля, це дослідження вперше дає ясні спостережні докази на користь одного з двох конкуруючих сценаріїв формування диска Чумацького Шляху. Раніше комп’ютерні моделі допускали обидва варіанти, але бракувало даних, щоб упевнено сказати, який із них реалізувався саме в нашій галактиці.Сьогодні ми бачимо результат цього двофазного минулого: товстий диск із давніми, малометалевими зорями та майже без газу, і тонкий диск, де зосереджена більшість газу, молодих зір і триває основне зоряне формування.Стаття Дані Gаіа показали як товстий і тонкий диски Чумацького Шляху виросли з'явилася спочатку на Цікавості.