Млечный Путь формировался «изнутри наружу»: молодые звёзды рождались во всё более тонком диске

Наша Галактика формировалась не совсем так, как предполагали некоторые учёные: сначала она представляла собой гораздо более толстую и бурную звёздную систему, а затем постепенно становилась тоньше. К такому выводу пришли астрономы, изучившие возраст и расположение звёзд Млечного Пути. Результаты исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal Letters.

Учёные обнаружили, что около 10,8 миллиарда лет назад эволюция галактического диска заметно изменилась. Сначала он быстро уменьшался по толщине, а позднее этот процесс замедлился. Полученные данные помогают объяснить, почему сегодня в Млечном Пути существуют два разных по структуре слоя звёзд.

Млечный Путь — спиральная галактика, в которой находятся сотни миллиардов звёзд. В её составе выделяют тонкий и толстый диски. В тонком диске расположены Солнце, спиральные рукава, большая часть газа и пыли, а также области, где появляются новые звёзды. Толстый диск более рыхлый и содержит преимущественно древние светила, многие из которых образовались на ранних этапах истории Галактики.

Долгое время астрономы пытались понять, как возникло это различие. Согласно одной версии, звёзды сначала рождались в тонком диске, но позднее гравитационные взаимодействия с газовыми облаками и другими структурами Галактики меняли их орбиты, поднимая часть светил выше и ниже основной плоскости. По другой версии, всё начиналось с толстого диска, а затем газ постепенно оседал, образуя всё более тонкий слой, в котором рождались новые поколения звёзд.

Различить эти сценарии непросто: для этого необходимо достаточно точно определить возраст большого количества звёзд, особенно самых древних. Исследовательская группа под руководством Дэвида Мирабала использовала данные космической миссии Gaia Европейского космического агентства. Учёные сопоставили возраст звёзд с их химическим составом и расположением относительно плоскости Галактики.

Анализ показал, что на ранних этапах газ в Млечном Пути был гораздо более горячим и неспокойным. В таких условиях звёзды формировались в относительно толстом диске. По мере того как газ остывал и становился менее турбулентным, он постепенно оседал ближе к галактической плоскости. Внутри первоначального толстого слоя возникал более тонкий диск, где рождались следующие поколения светил.

Примерно 10,8 миллиарда лет назад этот процесс резко изменил темп. За два миллиарда лет толщина диска сократилась примерно с 4100 до 1600 световых лет. Затем диск продолжил становиться тоньше гораздо медленнее, и у самых молодых звёзд характерная толщина слоя составляет около 400 световых лет.

По мнению авторов работы, это свидетельствует в пользу сценария, который можно условно назвать формированием «снизу вверх» или «наоборот»: сначала возникла более толстая звёздная структура, а затем внутри неё постепенно сформировался тонкий диск. Древние звёзды, таким образом, могли находиться далеко от галактической плоскости с самого рождения, а не переместиться туда позднее под действием гравитационных возмущений.

Сегодня толстый диск хранит следы ранней истории Галактики: в нём преобладают древние звёзды с меньшим содержанием тяжёлых химических элементов. Тонкий диск, напротив, содержит больше газа и пыли, богаче такими элементами и остаётся главным местом рождения новых светил.

Исследование не означает, что все детали формирования Млечного Пути теперь известны. Однако оно даёт убедительные наблюдательные аргументы в пользу двух этапов эволюции: бурного раннего периода, когда сформировался толстый диск, и более спокойной последующей эпохи, в течение которой газ постепенно оседал, а звёзды рождались во всё более тонком слое.