Благодаря информации, полученной с космического телескопа Gaia, ученым удалось с высокой точностью определить возраст звезд-субгигантов, населяющих нашу Галактику, и реконструировать ее эволюцию. Анализ показал, что формирование толстого диска Млечного Пути началось около 13 миллиардов лет назад, что на два миллиарда лет превосходит прежние оценки.
Сотрудники Института астрономии Общества Макса Планка (Германия) провели совместный анализ информации о светимости и координатах звезд, полученной с космического телескопа Gaia Европейского космического агентства, и данных о химическом составе звезд, полученных китайским телескопом LAMOST. Благодаря этому удалось с высокой точностью установить возраст субгигантских звезд Млечного Пути и отследить эволюцию Галактики. Выяснилось, что некоторые ее области начали формироваться всего через 0,8 миллиарда лет после Большого взрыва, что на два миллиарда лет раньше, чем предполагалось ранее. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
В настоящей работе авторы исследовали субгигантские звезды. В их ядрах реакция термоядерного синтеза прекратилась и продолжается лишь в прилегающей области. Субгиганты стремительно эволюционируют в красных гигантов, и благодаря их непродолжительному существованию можно довольно точно установить возраст. Тем не менее, это остается сложной задачей, так как возраст звезды не поддается прямому измерению. Его можно лишь вычислить, сопоставляя параметры звезды с результатами компьютерного моделирования звездной эволюции.
Изначальная Вселенная была сформирована преимущественно из водорода и гелия, тогда как более тяжелые элементы, включая металлы, образовались в недрах первых звезд и рассеялись в космическом пространстве по завершении их существования. Эти элементы впоследствии стали частью последующих звездных поколений. В связи с этим, более древние звезды характеризуются более низким содержанием металлов.
Анализ данных, полученных LAMOST, позволил определить металличность субгигантов Млечного Пути. Объединение этих сведений с информацией о светимости звезд позволило с высокой точностью установить их возраст. До этого момента возраст звезды можно было определить с погрешностью 60-80%, что могло составлять около миллиарда лет.
Млечный Путь включает в себя гало и диск. Гало – это сферическая область, окружающей диск. Диск подразделяется на две части: тонкую и толстую. В первом из них сосредоточено большинство звёзд Млечного Пути. Всего несколько процентов звёзд галактики входят в состав второго. Он примерно вдвое толще тонкого диска, но уступает ему по радиусу.
Ученые, определяя возраст субгигантских звезд в различных областях Млечного Пути, смогли создать временную шкалу эволюции Галактики. И здесь их ожидал неожиданный результат. Анализ показал, что формирование Млечного Пути происходило поэтапно. Первый этап начался всего через 0,8 миллиарда лет после Большого взрыва. В этот период в толстом диске начали формироваться первые звезды. Предположительно, в то же время возникли внутренние части гало.
Процесс завершился спустя два миллиарда лет, когда карликовая галактика, известная как Гайя-Колбаса-Энцелад, объединилась с Млечным Путем. Затем толстый диск продолжал активно генерировать звёзды, пока не иссякли запасы газа. Этот момент наступил примерно через шесть миллиардов лет после Большого взрыва. За указанный период металличность толстого диска увеличилась более чем в десять раз. На втором этапе формирования Галактики возник тонкий диск и образовалась остальная часть гало.
Более ранние исследования представляли иную версию развития Млечного Пути. Исследователи предполагали, что наша галактика сформировалась до слияния с Гайей-Колбасой-Энцеладом, но считали возраст Галактики не более 11 миллиардов лет.