Фрагмент окаменелости Млечного Пути раскрывает историю формирования галактики

Фото из открытых источников

Центральная часть Млечного Пути отнюдь не спокойна. Звезды заполняют этот регион, пылевые облака затрудняют наблюдения, а самые ранние страницы истории галактики до сих пор запечатлены в ее переполненном ядре.

Астрономы долгое время считали, что большинство звёзд в этой галактике смешались на ранних этапах её формирования. Но один необычный объект, по-видимому, прошёл совершенно иной путь.

Новые наблюдения, проведенные с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба и космического телескопа Хаббл НАСА, показывают, что звездная система под названием Терзан 5 не является тем, чем ее считали ученые ранее. Результаты исследования были опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.

На протяжении десятилетий его классифицировали как шаровое звёздное скопление — тип объекта, который обычно содержит одну древнюю популяцию звёзд.

Новые данные свидетельствуют о гораздо более сложной ситуации.

Звезда Терзан 5 была открыта в 1968 году астрономом Азопом Терзаном. На первый взгляд, она казалась похожей на многие шаровые скопления, обнаруженные по всей Млечной Галактике. В таких скоплениях обычно находятся звезды, образовавшиеся в течение одного периода миллиарды лет назад.

Ситуация начала меняться в 2009 году, когда астрономы обнаружили, что Терзан 5 содержит две отдельные группы звёзд. В 2016 году наблюдения телескопа «Хаббл» показали, что одна популяция сформировалась примерно 12 миллиардов лет назад, а вторая — около 5 миллиардов лет назад. Даже тогда «Терзан 5» выглядел необычно.

Исследование возглавила Джорджия Зулло из Болонского университета в Италии. «Новые наблюдения телескопа «Вебб» в ближнем инфракрасном диапазоне, сопоставленные с архивными данными телескопа «Хаббл», позволили нам получить гораздо более четкое представление об истории «Терзана-5», — сказала Зулло.

Изучать Терзан 5 сложно, потому что он находится внутри балджа Млечного пути — плотной центральной области, заполненной звёздами и заслоняющей их пылью. Инфракрасные приборы телескопа Уебба позволили астрономам увидеть сквозь большую часть этой пыли и обнаружить множество слабых звезд, которые не были замечены в ходе более ранних наблюдений.

Ученые проанализировали цвета и яркость этих звезд, чтобы определить их возраст и химический состав. Телескоп Хаббл также сыграл решающую роль.

Сравнивая наблюдения, проведенные с интервалом в 12 лет, исследователи отследили мельчайшие движения звезд и отделили звезды комплекса Терзан 5 от не связанных с ними звезд в окружающем балдже. Совокупность данных выявила свидетельства существования не двух, а четырёх звёздных популяций.

Исследователи установили, что самые древние звезды образовались 12,5 миллиарда лет назад. Другое поколение появилось 4,7 миллиарда лет назад. Две дополнительные популяции сформировались 3,8 миллиарда и 2,5 миллиарда лет назад.

Результаты показывают, что в Терзане 5 на протяжении миллиардов лет происходили повторяющиеся эпизоды звездообразования, чего, как известно, не наблюдается в шаровых скоплениях.

Звезды образуются из облаков газа и пыли. Когда массивные звезды взрываются в виде сверхновых, они создают более тяжелые элементы и выбрасывают вещество в окружающее космическое пространство. В системах меньшего размера этот материал часто теряется, потому что взрывы отталкивают его.

По всей видимости, Терзан 5 был достаточно крупным, чтобы удержать эти ингредиенты. В процессе формирования новых поколений звёзд в их состав входили более тяжёлые элементы, образовавшиеся в результате жизнедеятельности более ранних звёзд.

Измерения, проведенные в обсерватории имени Уильяма Кека и на Очень большом телескопе Европейской южной обсерватории, подтверждают существование этих химически различных популяций.

«Наряду с возрастом этих популяций, скопление сохраняет ископаемые свидетельства постепенного обогащения тяжелыми элементами в результате взрывов сверхновых», — сказал соавтор исследования Р. Майкл Рич из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA).

Поскольку астрономы обнаружили четыре отдельных поколения звёзд, более простые объяснения перестали соответствовать действительности.

Ранее существовали теории, предполагавшие, что скопление Терзан 5 могло столкнуться с другим скоплением или захватить свежий газ из другого места. Новые данные делают эти предположения маловероятными.

Исследование указывает на более драматичный вывод. Вероятно, Терзан 5 когда-то был частью гораздо более крупной звёздной системы, сформировавшейся 12,5 миллиарда лет назад в первые годы существования Млечного пути. Большинство подобных структур давно бы слились с растущим галактическим балджем. А вот Терзан 5 каким-то чудом уцелел.

«По какой-то причине это необычное скопление звезд сформировалось отдельно от балджа и не было разрушено одновременно с формированием самого балджа», — сказал Франческо Р. Ферраро, главный исследователь наблюдений телескопа Уэбба. «Терзан 5 — это то, что мы сейчас называем фрагментом окаменелости балджа, потому что он напоминает первобытные скопления, которые способствовали формированию балджа».

Только еще один известный объект получил такую же классификацию. Он называется Лиллер 1 и также содержит несколько поколений звезд. 

Теперь исследователи планируют изучить от 40 до 50 других скоплений, расположенных в пределах центральной части Млечного пути, чтобы выяснить, не спрятаны ли там еще какие-либо фрагменты окаменелостей, ожидающие идентификации. Последствия этого простираются далеко за пределы нашей галактики.

«Основываясь на наблюдениях и углубленном моделировании, мы считаем, что галактики в ранней Вселенной имели огромные газовые диски, которые распадались на сгустки и образовывали звезды», — сказала соавтор исследования профессор Барбара Ланцони. «Эти скопления переместились в центр галактик, и многие из них слились, образовав их балджи».

Недавние наблюдения телескопа Webb выявили несколько далёких галактик с таким комковатым видом, включая галактику Firefly Sparkle, которая существовала, когда Вселенной было всего несколько сотен миллионов лет.

«Терзан 5 может предоставить прямые доказательства, которые помогут объяснить, как формировались балджи в галактиках по всей Вселенной», — сказала Ланцони.

Для астрономов, пытающихся понять, как образовались галактики, Терзан 5 может оказаться не просто странным скоплением звезд. Возможно, это один из немногих сохранившихся фрагментов древнейшей истории формирования Млечного пути, который миллиарды лет оставался на виду.