За час свого існування наша галактика стикалася з багатьма іншими. Космічний телескоп Gaia («Ґайя») Європейського космічного агентства (European Space Agency, ESA) дав змогу з’ясувати, що остання з цих катастроф сталася на мільярди років пізніше, ніж досі вважали астрономи.

Молочний Шлях з часом розростався. Коли інші галактики наближалися й стикалися з ним, то наша галактика їх розривала і поглинала. Кожне зіткнення спричиняло появу своєрідних зморшок, які й досі наявні в різних сімействах зір, впливаючи на те, як вони рухаються та поводяться в космосі.

Одна з цілей «Ґайя» — розгадати історію нашої галактики, вивчаючи ці зморшки. Це те, що робить космічний зонд, визначаючи положення та рухи понад 100 000 зір поблизу нашої власної. Ці спостереження є крихітною частиною від приблизно двох мільярдів джерел, які спостерігає Gaia.

Візуалізація Молочного Шляху та гало із зір, що його оточують. Більшість зір у Молочному Шляху лежать в диску (наприклад, Сонце), але зорі від минулих зіткнень опиняються в гало, великій «хмарі» зір, яка тягнеться назовні в усіх напрямках. На цьому зображенні такі зорі були посилені, але насправді вони дуже тьмяні, як порівняти з яскравістю диска. Гало ліворуч має вигляд «брудного» і «зморшкуватого». Це свідчить про те, що злиття відбулося відносно недавно (як виявила Gaia). Праворуч воно здається рівномірно заповненим зорями. Якщо наша галактика має такий вигляд, то це означатиме, що злиття відбулося натомість у давньому минулому. Фото з сайту www.esa.int.

«З віком ми стаємо зморшкуватішими, але наша робота показує, що для Молочного Шляху все навпаки. Це щось на кшталт космічного Бенджаміна Баттона (герой фантастичного фільму — Ред.), в якого з часом стає менше зморшок», — сказав Томас Донлон (Thomas Donlon) з Політехнічного інституту Ренсселера та Алабамського університету в Гантсвіллі, США, і головний автор нового дослідження, виконаного за даними від Gaia. «Дивлячись на те, як ці зморшки з часом розсіюються, ми можемо відстежити, коли Молочний Шлях зазнав свого останнього великого зіткнення — і виявляється, що це сталося на мільярди років пізніше, ніж ми досі вважали».

Галактичні зморшки «Ґайя» вперше знайшла в 2018 році. Це дослідження є першим, яке точно визначило час зіткнення, що спричинило їхню появу. Результат отримано завдяки порівнянню спостережень із космологічним моделюванням.

Дивні рухи

Гало Молочного Шляху містить велику групу зір із незвичайними орбітами. Багато з них, як вважають астрономи, потрапили в нашу галактику під час події, названу «останнім великим злиттям». Як випливає з назви, це було востаннє, коли Галактика зазнала значного зіткнення з іншою галактикою. Згідно з передбаченнями,  це була масивна карликова галактика, яка заповнила Молочний Шлях зорями, що нині проходять дуже близько до центра нашої галактики.

Науковці визначили, що злиття з галактикою «Гея-Ковбаса-Енцелад» (Gaia-Sausage-Enceladus, GSE) відбулося вісім — одинадцять мільярдів років тому, коли Молочний Шлях був у зародковому стані. Але дані Gaia, оприлюднені як частина третього випуску даних (Gaia Data Release 3) телескопа в 2022 році, тепер свідчать про те, що інше злиття могло призвести до появи незвичайно рухомих зір.

Ця анімація (дивіться за посиланням, вміщеним нижче) показує злиття, що почалося близько 9,7 мільярдів років тому і триває майже до наших днів. Молочний Шлях видно в центрі кадру, а дві його найвідоміші галактики-супутники (Велика та Мала Магелланові Хмари) — внизу праворуч. Червона хмара зір рухається по кадру — це карликова галактика, яка стикається з Молочним Шляхом. Її показано розірваною на частини внаслідок зіткнення. З відтинку часу приблизно 7 мільярдів років тому роздільну здатність анімації збільшено, щоб краще показати «хмару» нових зір, які проникають в Молочний Шлях з карликової галактики. Ці зорі створюють «гало» навколо нашої галактики, великий зоряний компонент, який простягається назовні в усіх напрямках (гало було візуально покращено в цій симуляції, але насправді воно дуже тьмяне порівняно з галактичним диском). Незабаром після зіткнення внутрішня частина Молочного Шляху має вигляд брудної і зморшкуватої, але через тривалий час після цього вона стає гладкою. «Ґайя» спостерігає за цими зморшками, щоб відстежити та переписати історію Молочного Шляху. Космічний телескоп дотепер зібрав неперевершений набір даних про положення, відстані та рух приблизно 1,5 мільярда зір. Нове відкриття Gaia показує, що зморшки, які ми бачимо в Галактиці, ймовірно, були спричинені зіткненням карликової галактики з Молочним Шляхом приблизно 2,7 мільярда років тому — іншими словами, велика частина нашої нинішньої галактики приєдналася до неї лише протягом останніх кількох мільярдів років. Відео з сайту www.esa.int.

«Щоб зморшки із зір були такими ж чіткими, як випливає із даних від Gaia, вони мали приєднатися до нас менше трьох мільярдів років тому — принаймні на п’ять мільярдів років пізніше, ніж астрономи вважали раніше», — додав співавтор дослідження Гайді Джо Ньюберґ (Heidi Jo Newberg), також Політехнічного інституту Ренсселера. «Кожного разу, коли зорі проходять вперед і назад через центр Молочного Шляху, утворюються нові зморшки із зір. Якби вони приєдналися до нас вісім мільярдів років тому, було б так багато зморшок поруч одна з одною, що ми не бачили б їх як окремі елементи».

Знахідка свідчить про те, що ці зорі походять не від стародавнього злиття з GSE, а від пізнішої події, що отримала назву «Радіальне злиття Діви» (Virgo Radial Merger), яке відбулося менше трьох мільярдів років тому.

Переписування історії

Є докази того, що злиття GSE відбулося давно в історії Молочного Шляху. Однак нещодавня робота поставила під сумнів, чи справді потрібне масштабне стародавнє злиття для пояснення властивостей Галактики, якою ми її бачимо нині, і чи всі зорі, спочатку пов’язані з GSE, походять від однієї події злиття.

У 2020 р. Томас очолив дослідження, завдяки якому вдалося виявити зморшки із зір у Молочному Шляху та порівняти їх із моделюванням різних можливих злиттів. «Ми можемо побачити, як форми та кількість зморшок змінюються з часом, використовуючи ці змодельовані злиття. Це дає нам змогу визначити точний час, коли симуляція найкраще відповідає тому, що ми бачимо в даних Gaia про Молочний Шлях нині — метод, який ми також використовували в цьому новому дослідженні», — сказав Томас. «Зробивши це, ми виявили, що зморшки, ймовірно, були спричинені зіткненням карликової галактики з Молочним Шляхом приблизно 2,7 мільярда років тому. Ми назвали цю подію “Радіальне злиття Діви”».

Відтоді Томас і його колеги далі досліджували це злиття, повільно вдосконалюючи ідею про те, що багато зір і залишків давніх галактик у внутрішньому гало Молочного Шляху, що дивно рухаються, були доставлені в нашу галактику внаслідок набагато пізнішого зіткнення галактик, ніж GSE. Вони також уточнили, що зорі, спочатку пов’язані з GSE, могли виникнути в результаті численних злиттів, деякі з яких давні.

«Історію Молочного Шляху науковці нині постійно переписують, зокрема й завдяки новим даним, отриманим від Gaia», — додав Томас. «Наше уявлення про минуле Молочного Шляху кардинально змінилося навіть десять років тому, і я гадаю, що наше розуміння цих злиттів буде швидко змінюватися.

«Цей результат — що велика частина Молочного Шляху приєдналася до нас лише протягом останніх кількох мільярдів років — є великою зміною в порівнянні з тим, що астрономи думали досі. Багато популярних моделей та ідей про те, як росте Молочний Шлях, передбачають, що недавнє лобове зіткнення з карликовою галактикою такої маси буде дуже рідкісним».

Цілком ймовірно, що «Радіальне злиття Діви» принесло з собою сімейство інших малих карликових галактик і зоряних скупчень, які всі приєдналися до Молочного Шляху приблизно в той самий час. Подальші дослідження покажуть, які з цих менших об’єктів, що раніше вважали пов’язаними з давньою GSE, насправді пов’язані з недавнім радіальним злиттям Діви.

Неймовірна співпраця

Результати цього відкриття вливаються у потік результатів, отриманих завдяки Gaia, які переписують історію нашого космічного дому. Космічний телескоп має унікальну можливість для дослідження безлічі зір у нашому небі. На сьогоднішній день він зібрав неперевершений набір даних про положення, відстані та рух приблизно 1,5 мільярда зір.

«Gaia — це надзвичайно продуктивна місія, яка змінює наше уявлення про космос», — зазначив Тімо Прусті (Timo Prusti), науковий співробітник проєкту Gaia в ESA. «Такі результати стали можливими завдяки неймовірній командній роботі та співпраці між величезною кількістю науковців та інженерів у Європі та за її межами».

«Це відкриття покращує те, що ми знаємо про багато складних подій, які сформували Молочний Шлях, допомагаючи нам краще зрозуміти, як формуються галактики, зокрема наша рідна галактика».

За інф. з сайту www.esa.int