Открытие древних звезд на звездном тонком диске Млечного Пути

Вращательное движение молодых (синий) и старых (красный) звезд, подобных Солнцу (оранжевый). Автор: Background image by NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC/Caltech)

Удивительное открытие об эволюции нашей галактики с использованием данных миссии Gaia обнаружило большое количество древних звезд на орбитах, подобных орбитам нашего Солнца. Они сформировали тонкий диск Млечного Пути менее чем через 1 миллиард лет после Большого взрыва, на несколько миллиардов лет раньше, чем считалось ранее.

Понимание того, как образовался Млечный Путь, является главной целью галактической археологии. Для этого необходимы подробные карты галактики, показывающие возраст, химический состав и движение звезд. Эти карты, известные как хроно-хемо-кинематические карты, помогают собрать воедино историю нашей галактики. Создание таких подробных карт является сложной задачей, поскольку требует больших наборов данных о звездах с точно известным возрастом.

Один из распространенных подходов к решению этой проблемы — изучение старых звезд с очень низким содержанием металлов, чтобы открыть окно в ранний Млечный Путь. Известно, что звезды с очень низким содержанием металлов являются старыми, потому что они были одними из первых звезд, образовавшихся, когда Вселенная еще в основном состояла из водорода и гелия, до того, как многие из более тяжелых элементов были созданы и распространены последовательными поколениями звезд.

Используя набор данных миссии Gaia Европейского космического агентства (ESA), международная группа под руководством астрономов из Потсдамского института астрофизики Лейбница (AIP) изучала звезды в окрестностях Солнца, на расстоянии около 3200 световых лет вокруг Солнца. Они обнаружили удивительное количество очень старых звезд на орбитах тонкого диска; возраст большинства из них превышает 10 миллиардов лет, а некоторым даже больше 13 миллиардов лет.

Эти древние звезды демонстрируют широкий диапазон металлического состава: некоторые из них очень бедны металлами (как и ожидалось), в то время как другие содержат в два раза больше металлов, чем наше гораздо более молодое Солнце, что указывает на то, что быстрое обогащение металлами происходило на ранней стадии Млечного Солнца. Эволюция Уэя.

«Эти древние звезды в диске позволяют предположить, что формирование тонкого диска Млечного Пути началось гораздо раньше, чем считалось ранее, примерно на 4–5 миллиардов лет», — объясняет Самир Непал из AIP и первый автор исследования, которое было принято за публикация издательства Astronomy and Astrophysicals и доступна на сервере препринтов arXiv.

«Это исследование также подчеркивает, что в нашей галактике в ранние эпохи наблюдалось интенсивное звездообразование, что приводило к очень быстрому обогащению металлами во внутренних областях и формированию диска. Это открытие выравнивает временную шкалу формирования диска Млечного Пути с наблюдаемыми галактиками с высоким красным смещением. космическим телескопом Джеймса Уэбба (JWST) и радиотелескопом с большой миллиметровой решеткой в Атакаме (ALMA).

«Это указывает на то, что холодные диски могут формироваться и стабилизироваться на очень ранних этапах истории Вселенной, что дает новое понимание эволюции галактик».

«Наше исследование предполагает, что тонкий диск Млечного Пути, возможно, сформировался намного раньше, чем мы думали, и что его формирование тесно связано с ранним химическим обогащением самых внутренних областей нашей галактики», — объясняет Кристина Кьяппини. «Сочетание данных из разных источников и применение передовых методов машинного обучения позволило нам увеличить количество звезд с высококачественными звездными параметрами, что является ключевым шагом на пути нашей команды к этим новым открытиям».

Результаты стали возможными благодаря третьему выпуску данных миссии Gaia. Команда проанализировала звездные параметры более 800 000 звезд, используя новый метод машинного обучения, который объединяет информацию из различных типов данных для обеспечения улучшенных звездных параметров с высокой точностью. Эти точные измерения включают гравитацию, температуру, содержание металлов, расстояния, кинематику и возраст звезд.

В будущем аналогичный метод машинного обучения будет использоваться для анализа миллионов спектров, собранных в ходе обзора 4MIDABLE-LR с помощью 4-метрового многообъектного спектроскопического телескопа (4MOST), работа которого начнется в 2025 году.

Больше информации: Samir Nepal et al, Discovery of the local counterpart of disc galaxies at z > 4: The oldest thin disc of the Milky Way using Gaia-RVS, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2402.00561

Источник: Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam