В нашей галактике существует скрытая граница, где прекращается звездообразование

Фото из открытых источников

Млечный Путь простирается по ночному небу мягкой полосой света, которая кажется бесконечной. Но под этим сиянием скрывается простой вопрос: где на самом деле заканчивается наша галактика? Астрономы годами ломали голову над этим вопросом. Млечный Путь не заканчивается ровным краем. Его звездное небо постепенно уменьшается в размерах, поэтому трудно провести четкую линию. 

Теперь международная группа астрономов нашла более ясный ответ, обратившись к простой, но важной подсказке: возрасту звезд. Вместо того чтобы просто определять местоположение звёзд, исследователи изучали их возраст. Этот сдвиг имел решающее значение. Результаты исследования были опубликованы в журнале Astronomy and Astrophysics.

Когда команда исследователей построила график зависимости возраста звёзд от расстояния до диска галактики, выявилась чёткая закономерность. Более молодые звёзды располагались дальше от центра, но только до определённого момента. После этого возраст звёзд снова начинал увеличиваться.

Это создало то, что учёные называют U-образной кривой. Она отмечает поворотный момент, и этот поворотный момент раскрывает нечто важное. Большая часть процесса звездообразования в Млечном пути происходит в пределах примерно 40 000 световых лет от Галактического центра.

«Протяженность звездообразующего диска Млечного пути долгое время оставалась открытым вопросом в галактической археологии; построив карту изменения возраста звезд по всему диску, мы теперь получили четкий количественный ответ», — сказал Карл Фитени из Университета Инсубрии.

Галактики не формируются мгновенно. Они растут на протяжении миллиардов лет, начиная с плотных центральных областей. Со временем звездообразование распространяется наружу. Этот процесс, известный как рост изнутри наружу, оставляет четкий след.

В Млечном Пути этот «отпечаток пальца» проявляется в возрасте звёзд. Ближе к центру звёзды, как правило, старше. По мере удаления от центра звёзды становятся моложе, потому что в этих областях звёзды начали формироваться позже.

Но эта тенденция не длится вечно. Примерно на расстоянии от 35 000 до 40 000 световых лет она меняется. Звезды снова начинают стареть, что свидетельствует о резком снижении звездообразования.

«Полученные в настоящее время данные позволяют определять возраст звезд с высокой точностью, что делает их мощными инструментами для расшифровки истории Млечного Пути и открывает новую эру открытий о нашей родной Галактике», — сказал профессор Джозеф Каруана из Мальтийского университета.

Если на таком расстоянии процесс звездообразования настолько замедляется, почему за ним всё ещё существуют звёзды? Ответ кроется в движении. Звезды не остаются на месте своего рождения. Со временем они перемещаются по галактике в процессе, называемом радиальной миграцией. Спиральные рукава проносятся по Млечному Пути, и звезды могут двигаться вместе с ними, медленно смещаясь наружу.

Это движение занимает время. Чем дальше звезда оказывается в космосе, тем большее расстояние она, вероятно, преодолела. Именно поэтому самые внешние звезды, как правило, являются самыми старыми. Эти звезды движутся по почти круговым траекториям, что говорит астрономам о том, что они образовались внутри диска галактики, а не были выброшены туда внешними силами.

«Ключевой момент, касающийся звезд во внешней части диска, заключается в том, что они движутся по орбитам, близким к круговым, а это значит, что они должны были сформироваться в диске. Это не звезды, рассеянные на большие радиусы падающей галактикой-спутником», — пояснил профессор Виктор П. Дебаттиста из Ланкаширского университета.

Чтобы выявить эту закономерность, ученые проанализировали более 100 000 гигантских звезд. Они использовали данные крупных обзоров неба, включая LAMOST и APOGEE, а также точные измерения со спутника Gaia. Сосредоточившись на звёздах в главном диске, они смогли отфильтровать шумы из других частей галактики. В результате получился чистый сигнал, соответствующий предсказаниям, полученным с помощью передовых компьютерных моделей.

«Gaia выполняет свои обещания: объединяя свои данные с наземной спектроскопией и моделированием галактик, она позволяет нам расшифровать историю формирования нашей Галактики», — сказал профессор Лоран Эйер из Женевского университета.

Моделирование сыграло ключевую роль в подтверждении данных. Оно помогло связать U-образную зависимость возраста от снижения эффективности звездообразования на краю галактики.

«В астрофизике мы используем моделирование, проводимое на суперкомпьютерах, для выявления физических механизмов, ответственных за наблюдаемые нами особенности галактик», — отметил Жоао А.С. Амаранте из Шанхайского университета Цзяотун. «Они позволили нам продемонстрировать, как миграция звёзд формирует возрастной профиль диска, и определить, где заканчивается область звездообразования».

Исследование дает четкую границу для определения мест рождения большинства звезд в Млечном пути. Тем не менее, остается один важный вопрос: почему процесс звездообразования замедляется именно на этом расстоянии?

Выделяются две идеи. Одна указывает на центральный перемычку галактики — плотную структуру, которая может притягивать газ внутрь и ограничивать распространение звездообразования. Другая теория связана с внешней деформацией Млечного пути, где диск искривляется и может нарушить условия, необходимые для образования новых звезд.

Ожидается, что будущие исследования уточнят эту картину. Такие проекты, как 4MOST и WEAVE, соберут еще более подробные данные, помогая астрономам точно определить, что контролирует край нашей галактики. На данный момент Млечный Путь выглядит немного менее загадочным. Его звездообразующее ядро имеет границу, и эта граница рассказывает историю, которая писалась миллиарды лет.