Данные телескопа Gaia позволили точно определить возраст звезд субгигантов в нашей галактике и проследить ее историю. Оказалось, толстый диск Млечного Пути начал формироваться уже 13 миллиардов лет назад — на два миллиарда лет раньше, чем считалось.
Ученые из Института астрономии Общества Макса Планка объединили данные о яркости и местоположении звезд, собранные телескопом Gaia, и измерения химического состава звезд от китайского телескопа LAMOST. Это позволило точно определить возраст субгигантских звезд Млечного Пути и проследить эволюцию Галактики. Выяснилось, что некоторые ее части сформировались уже через 0,8 миллиарда лет после Большого взрыва, что на два миллиарда лет раньше предположений ученых. Результаты исследования. опубликованы в журнале Nature.
Исследователи изучали субгигантские звёзды. В их ядрах термоядерный синтез прекратился, а продолжается только в области вокруг ядра. Субгиганты быстро преобразуются в красных гигантов, и их короткая жизнь позволяет достаточно точно определять возраст. Однако это всё равно не простая задача, поскольку возраст звезды нельзя измерить напрямую. Его можно лишь рассчитать, сравнивая характеристики звезды с компьютерными моделями эволюции звёзд.
Молодая Вселенная состояла почти исключительно из водорода и гелия. Более тяжелые элементы, включая металлы, образовывались внутри первых звезд и выбрасывались в космос по завершении их существования. После этого эти элементы попадали внутрь последующих поколений звезд. В связи с этим старые звезды имеют меньшее количество металлов.
Данные LAMOST позволили оценить металличность субгигантов Млечного Пути. Сочетание этих данных с данными о яркости звезд сделало возможным точное определение их возраста, ранее установить который можно было с точностью в 60-80%, то есть ошибка могла достигать миллиарда лет.
Млечный Путь включает гало и диск. Гало – это сферическая область вокруг диска. Диск делится на две части: тонкий и толстый. В тонком находится большинство звезд Млечного Пути. Толстый диск включает всего несколько процентов звезд галактики. По толщине он почти в два раза больше тонкого, но меньше по радиусу.
Изучая возраст субгигантских звезд в разных областях Млечного Пути, ученые смогли составить временную шкалу эволюции Галактики. Открытие оказалось неожиданным: формирование Млечного Пути произошло в два этапа. Первый этап начался через 0,8 миллиарда лет после Большого взрыва. В это время в толстом диске стали появляться первые звезды. Вероятно, тогда же образовались внутренние части гало.
Через два миллиарда лет процесс завершился слиянием карликовой галактики Гайя-Колбаса-Энцелад с Млечным Путем. После этого толстый диск продолжил активное звездообразование, пока газ не иссяк. Это произошло примерно через шесть миллиардов лет после Большого взрыва. За это время металличность толстого диска увеличилась более чем в 10 раз. Во время второго этапа формирования Галактики появился тонкий диск и остальная часть гало.
Ранние исследования рассказывали о другом развитии Млечного Пути. Ученые предполагали его существование до объединения с Гайей-Колбасой-Энцеладом, но считали, что галактике не более 11 миллиардов лет.