Диск Чумацького Шляху набув пласкої форми за два етапи

Диск Чумацького Шляху ставав тоншим у два етапи з дуже різним темпом. Спершу його товщина зменшувалась швидко, а потім мільярди років значно повільніше. Таку картину астрономи отримали, точно визначивши вік зір за даними космічної обсерваторії Gaia. Результат свідчить на користь одного з двох поширених пояснень того, як формувався диск.

Перелом 10,8 мільярда років тому

Чим молодші зорі, тим ближче до площини Галактики вони розташовані. Але ця залежність нерівномірна, і перелом припав приблизно на 10,8 млрд років тому.

До нього диск ставав тоншим дуже швидко. Лише за 2 млрд років його товщина зменшилась із понад 4100 до приблизно 1600 світлових років.

Далі зміни сповільнились. Зорі, що формуються сьогодні, займають шар завтовшки близько 400 світлових років. Діаметр диска становить близько 100 тис. світлових років, тобто він у 250 разів більший за товщину цього шару. Млинець з такими пропорціями за діаметра 25 см мав би товщину лише міліметр.

Два сценарії

Більшість зір Чумацького Шляху зосереджена у двох дисках — тонкому з молодшими зорями й товстому зі старішими. Як вони утворились, астрофізики сперечаються давно, бо спостереження узгоджувались з обома сценаріями.

Згідно з першим, зорі завжди виникають у тонкому диску. Потім гравітація газових хмар, спіральних рукавів і центральної перемички Галактики раз у раз змінює їхні орбіти, й зорі дедалі більше відхиляються від площини.

Такий процес повільний, тож диск мав би товщати поступово. Але дані показують інше. На ранньому етапі шар, у якому з’являлися нові зорі, дуже швидко ставав тоншим, а такий стрімкий перелом повільним процесом не пояснити.

Нові дані узгоджуються з другим сценарієм, який називають моделлю upside-down, або «догори дриґом». У ньому товщина диска залежить від стану газу, з якого формуються зорі. Спершу газ рухався бурхливо і займав товстий шар, а з часом заспокоювався й осідав ближче до площини, тож кожне нове покоління зір з’являлося в тоншому шарі. На думку авторів, так на першому етапі сформувався товстий диск, у якому зараз переважають старі зорі, а пізніше — тонкий, де зосереджені молодші.

Вік з похибкою до 5 %

Щоб обрати між сценаріями, потрібно точно знати вік зір, а для найдавніших визначити його найважче. У межах проєкту ChronoGal похибка не перевищує 5 %, тобто близько 500 млн років навіть для найстаріших зір. Вихідними даними стали вимірювання обсерваторії Gaia, яку запустила ESA.

Як повідомляє Інститут астрофізики Канарських островів, дослідження очолив Давид Мірабаль, аспірант інституту та Університету Ла-Лагуни. За словами науковця, комп’ютерні моделі допускали обидва сценарії, й це перший чіткий аргумент зі спостережень на користь одного з них для раннього етапу Галактики. Стаття опублікована в рецензованому журналі The Astrophysical Journal Letters.

Межа раннього етапу

Перехід між етапами збігається з епохою, з якою астрономи пов’язують останнє велике злиття Чумацького Шляху. За різними оцінками, від 8 до 11 млрд років тому з ним об’єдналася карликова галактика Гея-Енцелад (Gaia-Enceladus), сліди якої 2018 року знайшли саме за даними Gaia. Чи пов’язані ці події, з наявних даних сказати не можна.

Перевірити такий збіг допоможе четвертий випуск даних Gaia. Він охопить 5,5 року спостережень, тоді як попередній спирався на 34 місяці.