Учёные, наблюдавшие скопления звёзд, собравшихся вблизи центра Млечного Пути, обнаружили свидетельства того, что наша галактика поглотила меньшую галактику около 11,8 миллиарда лет назад, когда возраст Вселенной после Большого взрыва составлял лишь 2,1 млрд лет, что 15% от её нынешнего возраста.
Это событие представляет собой самое раннее известное слияние галактик в Млечном Пути и показывает, как наша галактика росла не только за счёт образования собственных звёзд, но и за счёт слияния с меньшими галактиками, попавшими в его гравитационное притяжение.
Столкновение произошло около 11,8 миллиарда лет назад, когда карликовая галактика, известная как LKH, столкнулась с Млечным Путем и слилась с ним.
Карликовая галактика была примерно в 4 раза менее массивной, чем Млечный Путь.
Всего за историческое время существования Млечного Пути галактика пережила 3 массивные галактические столкновения и слияния.
Млечный Путь, большая и спиралевидная галактика, в которой находятся сотни миллиардов звёзд, включая наше Солнце, прошла долгий и сложный путь к своим нынешним размерам, как показывают новые исследования, документирующие знаменательное событие в начале её истории.
Меньшая галактика LKH классифицируется как карликовая, что отличает её от более крупных галактик, таких как Млечный Путь.
Исследователи подсчитали, что в момент слияния она содержала звёзды массой, эквивалентной 500 миллионам масс Солнца, что составляло примерно четверть размера Млечного Пути в то время.
Астрономы использовали орбитальные телескопы "Хаббл" и "Гайя" для изучения звёздных скоплений, каждое из которых содержало сотни тысяч звёзд, занимающих область, простирающуюся на 20 000 световых лет от Млечного Пути, оценивая их возраст, химический состав и траекторию.
(Световой год — это расстояние, которое свет проходит за год, что составляет 9,5 триллиона км).
Эти звёзды стали частью Млечного Пути после галактического слияния, произошедшего примерно через 2 миллиарда лет после Большого взрыва, положившего начало Вселенной.
Карликовая галактика получила название "Низкоэнергетический Кракен-Геракл" (LKH) в знак признания трёх более ранних исследований, изучавших возможность такого первичного слияния.
"Ключевым результатом нашего исследования является однозначное открытие первого события слияния, пережитого нашей галактикой на заре её существования», — сказал астрофизик Давиде Массари из Национального института астрофизики (INAF) в Болонье (Италия), ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Nature Astronomy.
По словам Массари, вопрос о том, было ли раннее развитие Млечного Пути обусловлено собственным звездообразованием или галактическим слиянием, до сих пор оставался предметом дискуссий. Новое исследование показывает, что слияние на раннем этапе истории Млечного Пути наполнило его большим количеством звёзд и межзвёздного газа, питающего звездообразование, а также таинственным веществом, называемым тёмной материей. "Я бы сказал, что с точки зрения звёзд слияние было довольно мирным, без столкновений звёзд друг с другом. Но с точки зрения газа слияние было более "взрывным" — вероятно, столкновение газа из LKH и газа из Млечного Пути спровоцировало образование множества звёзд», — сказал Массари.
Массари отметил, что, вероятно, многие звёзды, первоначально образовавшиеся в карликовой галактике, до сих пор находятся во внутренних областях Млечного Пути, некоторые из них — внутри звездных скоплений. Однако из-за большого количества межзвёздной пыли в этом регионе очень трудно идентифицировать отдельные звёзды, сказал Массари.
Известно, что Млечный Путь участвовал т акже в 2-х других масштабных галактических слияниях, поглотивших карликовую галактику под названием Гайя-Сосиска-Энцелад примерно через 1,8 миллиарда лет после слияния с LKH и на протяжении последних примерно 6 миллиардов лет она объединялась с карликовой галактикой Стрельца.
"Каждое из этих слияний оказало влияние на события, которые привели к формированию нашей собственной Солнечной системы и, в конечном итоге, Земли", — сказал Массари. "Именно поэтому я думаю, что реконструкция фрагментов прошлого Млечного Пути эффективно способствует ответу на главный вопрос: "Откуда мы взялись?"
Достоверность слияний галактик подтаверждается тем, что в 2016 году телескоп Гайя начал публиковать множество данных:
- химический состав,
8 возраст, - точное трёхмерное расположение и движение, включая собственные движения, — по миллиардам звёзд.
Благодаря данным Гайя и измерениям других обзоров, в частности APOGEE SDSS, астрономы смогли достоверно определить, какие звёзды родились за пределами Млечного Пути и иммигрировали туда, а какие родились здесь, in situ. Они могли не только проверить чужие звёздные потоки, но и проследить орбиту каждого потока до его собственной маленькой галактики.
Млечный Путь не формировался как единый, цельный объект; он создавался в череде бурных эпизодов на протяжении 13 миллиардов лет своей истории. В течение веков другие галактики, карликовые галактики и скопления звёзд, называемые шаровыми скоплениями, приближались к Млечному Пути и сливались с ним. Иногда их газ и звёзды полностью вливались в нашу галактику, а иногда более сильная гравитация нашей галактики отрывала потоки звёзд, которые оседали в гало Млечного Пути.
Иллюстрация основана на атласе этих слияний, созданном группой астрономов под руководством Кхьяти Малхан из Института астрономии Макса Планка в Гейдельберге (Германия) на основе данных, полученных с космического аппарата Гайя Европейского космического агентства.
На фото: цветные точки – звёздные потоки; звёздочки – шаровые скопления;
кубы – карликовые галактики.
К 2021 году астрономы обнаружили в гало 60 потоков; 23 из них, вероятно, родились в карликовых галактиках или в шаровых скоплениях близ Млечного Пути (загадочные связанные скопления, в которых насчитывается до миллиона звёзд, вращающихся вокруг нашей галактики).
В целом, говорит астроном Бонака, потоков стало "в 10 раз больше, чем до появления Гайя". Возраст звёзд, как правило, составляет около 10 миллиардов лет. Возраст самих потоков оценить сложнее, но, вероятно, он составляет несколько миллиардов лет. Бонака ожидает, что в итоге астрономы обнаружат около 100 потоков.
Потоки, проходящие через гало, были одними из первых признаков того, что галактика отходит от картины стабильности. Затем учёные начали обнаруживать другие группы звёзд, которые не соответствовали ожидаемым закономерностям. В 2017 году Бонака и её команда обнаружили партию звёзд Млечного Пути в "неправильном" месте: они находились в старом, бедном металлами гало и имели орбиты старых звёзд гало, но при этом обладали богатым металлами химическим составом более молодых звёзд из диска Млечного Пути. Бонака задалась вопросом, не являются ли они звёздами диска, которые каким-то образом забрели в гало.
На следующий год команда под руководством Василия Белокурова из Кембриджского университета обнаружила в гало совершенно другую партию звёзд, которые двигались необычайно быстро и в противоположном направлении от остального гало. Они назвали эту партию звёзд с неправильным направлением движения, имеющую форму фасоли, "Сосиской". Другая команда, возглавляемая Хельми, обнаружила, что звёзды фасолины также старые и бедны металлами; они назвали фасолину Гайя-Энцелад, в честь сына земной богини Геи (Гайи), Энцелада.
В 2023 году Бонака и её коллеги обнаружили поток звёзд с таким же старым, бедным металлами химическим составом и неправильным движением, как у фасолины, и решили, что этот поток, вероятно, идёт вдоль пути, по которому фасолина падает в Млечный Путь. Астрономическое сообщество прагматично остановилось на компромиссном названии для фасолины – "Сосиска Гайи-Энцелада" (Gaia-Enceladus Sausage, GES); при этом общее слово для обозначения образования типа GES у астрономов — это "сгусток".
Тем временем команда Белокурова "переоткрыла" звёзды команды Бонаки, которые по ошибке считали принадлежащими диску, но которые, как теперь известно, были частью GES. Другими словами, посреди чужого сгустка бедных металлами звёзд находилась группа богатых металлами звёзд, родом из Млечного Пути. Он и его коллеги предположили, что когда GES столкнулась с нашей Галактикой, она выкинула родные звёзды с их обычных орбит в диске и перенесла их в гало. Они назвали эту звёздную группу "Всплеск".
Соединив все эти сгустки, потоки и всплески вместе, астрономы пришли к выводу, что между 8 и 10 миллиардами лет назад Энцелад, размером примерно с четверть Млечного Пути, столкнулся с нашей галактикой лоб в лоб и слился с ней, превратившись в сгусток. "Ударился об неё лоб в лоб, быстро развалился и погиб", — говорит Белокуров. Звёзды GES теперь составляют большую часть гало Млечного Пути, а слияние утолщило его диск. Бонака называет это "самым преобразующим событием в истории Млечного Пути".
Более ранние, менее сильные трансформации происходили не в гало, а в теле самой галактики.
В 2022 году три разные команды обнаружили признаки протогалактики, очевидно, превратившейся в галактику. И снова проверка была сложной и зависела от знания того, какие звёзды являются родными для Млечного Пути.
Гарвардский учёный Конрой входил в группу, которая измерила химический состав звёзд in situ и обнаружила две популяции: одну — древнюю, бедную металлами, движущуюся хаотично и формирующую звёзды медленно; другую — более молодую, богатую металлами, движущуюся согласованно и формирующую звёзды в 10 раз быстрее. Астрономы решили, что эти популяции представляют собой разные стадии галактической истории, и назвали их "кипящей" и "бурлящей" соответственно. Тем временем Белокуров и его команда измерили орбиты звёзд in situ и обнаружили две эпохи: раннюю, когда орбиты бедных металлами звёзд разбегались "во все стороны", и более позднюю, когда звёзды, богатые металлами, двигались по орбитам более согласованно. "Переход, — говорит он, — от горячего беспорядка к относительно холодному вращающемуся диску".
Горячий беспорядок они назвали Авророй, в честь древнегреческой богини рассвета. Ханс-Вальтер Рикс из Института астрономии Макса Планка в Гейдельберге (Германия) и его команда изучили химический состав двух миллионов звёзд in situ по всему небу и обнаружили гравитационно связанную группу древних, бедных металлами звёзд в центре галактики. Они назвали её «старым бедным сердцем» Млечного Пути.
Все три команды сходятся во мнении, что они, вероятно, изучают одну и ту же трансформацию: хаотичную протогалактику, полную старых, бедных металлами звёзд, движущихся без определённого направления, которые затем раскрутились в диск и начали формировать новые звёзды со скоростью фейерверка. Бонака, которая была в команде Конроя, не уверена, что результаты наблюдений сошлись в одну последовательную историю, "но похоже, что мы видим одни и те же вещи, — говорит она. — Это немного похоже на слона."(история описания разными незрячими людьми слона по отдельным частям - ушам, ногам, хвосту, животу и т. п.).
Звёзды рассказывают лишь часть истории, потому что Млечный Путь лишь частично состоит из звёзд, а остальное в основном приходится на долю газа.
Звёзды рождаются из газовых облаков, поэтому эти две темы тесно связаны между собой. Тем не менее, астрономы, изучающие звёзды, и астрономы, изучающие газ, работают в практически не пересекающихся сообществах. Бенджамин принадлежит к обоим, но больше идентифицирует себя с газовыми, чем со звёздными.
Поскольку звёзды рождаются в газе, а затем обогащают этот газ элементами, которые они производят, газовых астрономов интересует, как галактика остаётся живой, а значит, и её настоящее. А поскольку звёзды сохраняют орбиты и химический состав своего происхождения, звёздных астрономов, как правило, интересует, как галактика эволюционировала, а значит, её прошлое. "Я считаю галактику живой и дышащей, — говорит Бенджамин, — а эти люди относятся к ней как к месту преступления, которое нуждается в экспертизе".
