Международная группа астрономов впервые получила возможность с высокой точностью установить границу звездообразующего диска Млечного Пути. Этот вопрос долгое время оставался нерешенным в исследованиях нашей Галактики, поскольку она не имеет четкой границы, а постепенно ослабевает по краям. Используя новый метод, объединяющий анализ возраста ярких звезд-гигантов и современные компьютерные модели эволюции галактик, ученые определили, что большая часть звездообразования в Млечном Пути сосредоточена в пределах 40 тысяч световых лет от центра Галактики.
В процессе исследования ученые выявили специфическую U-образную закономерность в распределении возраста звезд по диску Галактики. По словам ведущего автора работы, доктора Карла Фитени из Университета Инсубрии, формирование галактик происходит неравномерно по всему диску. Они развиваются, начиная с центральных, более плотных областей, и постепенно наращивая массу во внешние области. Этот процесс, который астрономы называют ростом «изнутри наружу», занимает миллиарды лет. Это указывает на то, что, как правило, возраст звезд уменьшается с увеличением расстояния от центра, поскольку внешний диск представляет собой область, где звездообразование началось относительно недавно.
Полученные данные исследования указывают на то, что возраст звезд в Млечном Пути, в среднем, снижается по мере удаления от центра галактики, что соответствует модели роста, начинающемуся изнутри и распространяющемуся наружу. Однако, на расстоянии около 35–40 тысяч световых лет от Галактического центра, наблюдается неожиданный поворот: звезды вновь становятся старше с увеличением удалённости. Данное изменение и формирует U-образную структуру распределения возраста. Сопоставив эту особенность с современными моделями галактик, ученые установили, что минимум возраста связан со значительным снижением эффективности процесса звездообразования, что позволяет считать его подлинной границей звездообразующего диска Млечного Пути.
Если звездообразование значительно снижается в этой области, то возникает вопрос, почему там вообще существуют звезды. Объяснение кроется в процессе, известном как радиальная миграция. Звезды постепенно перемещаются наружу от мест своего формирования, используя спиральные волны, пронизывающие Галактику, подобно тому, как серфингисты используют волны для перемещения к берегу. За пределами этой границы звезды оказываются именно благодаря миграции. Поскольку миграция – это медленный и непредсказуемый процесс, звездам требуется все больше времени, чтобы преодолеть большие расстояния за пределами зоны, где прекращается звездообразование. Это и объясняет наблюдаемую картину, в которой самые удаленные звезды, находящиеся за пределами минимального возраста, оказываются самыми старыми. Главный вывод состоит в том, что эти звезды движутся по орбитам, близким к круговым, что исключает возможность их выталкивания на значительные расстояния в результате взаимодействия с другой галактикой. Их наличие во внешнем диске – это спокойный, постепенный результат исключительно внутренних процессов, происходящих в Галактике.
Для определения границы команда исследователей проанализировала свыше 100 тысяч звезд-гигантов, используя данные спектроскопических обзоров LAMOST и APOGEE в сочетании с высокоточными измерениями, полученными с помощью спутника Gaia. Полученные данные подтвердили, что U-образный возрастной профиль является выраженной характеристикой четко очерченной границы звездообразования в Млечном Пути. Причина, по которой основная интенсивность звездообразования сосредоточена именно на этом конкретном расстоянии от Галактического центра, остается невыясненной. Среди наиболее вероятных факторов – центральная барная структура Млечного Пути, гравитационное воздействие которой может приводить к накоплению газа на определенном радиусе, или внешний изгиб диска, где он деформируется и потенциально препятствует процессу звездообразования.
Благодаря будущим обсерваториям, таким как 4MOST и WEAVE, которые предоставят более подробные данные, астрономы смогут уточнить существующие измерения и, вероятно, выяснить, какие физические процессы формируют границу звездообразующего диска нашей Галактики. Кроме того, данная работа показывает, как возраст звезд, определение которого ранее было затруднено, превратился в ценный инструмент для изучения строения галактик, позволяя астрономам отследить эволюцию Млечного Пути на протяжении миллиардов лет.
Исследование в журнале Astronomy & Astrophysics.