Центр нашої галактики Молочний Шлях привертає увагу астрономів, як нічних метеликів полум’я. Це тому, що там багато чого відбувається. Існує не тільки надмасивна чорна діра, але й популяції дуже старих зір, що кишать в центрі. Більшість із них виникла принаймні при формуванні Галактики.

Астрономи за допомогою Канадсько-французько-гавайського телескопа на Гаваях вивчали вибірку цих зір. Науковці хотіли зрозуміти їхні характеристики та час існування. Спостереження є частиною проєкту «Огляд давньої внутрішньої Галактики (Pristine Inner Galaxy Survey, PIGS)». Виконуючи цей огляд вже кілька років, астрономи вивчають центр Молочного Шляху, щоб зрозуміти ці стародавні зорі.

Стародавні зорі в центрі з PIGS

Інші дослідження показали, що зорі стали формуватися в тому місці, що тепер є центральною ділянкою (чи ядром — Ред.) Молочного Шляху. Зорі, виявлені PIGS, належать до «внутрішнього двору» Молочного Шляху. Вони повільно обертаються навколо ядра і проводять там більшу частину свого життя. Хімічно вони дуже відрізняються від молодих зір, розкиданих по всій Галактиці. Старі зорі головно складаються з водню та гелію. Це вказує на те, що вони утворилися в дуже ранню епоху космічної історії. Для порівняння, молодші зірки в Молочному Шляху мають більшу кількість «металів», таких як вуглець, кисень, азот тощо.

Уявлення художника про стародавні зорі у внутрішній ділянці Молочного Шляху. Кілька прикладів орбіт зірок виділено ліворуч. Праворуч показано розташування цих зір у Галактиці відносно Сонця, яке повільно обертається навколо центра Молочного Шляху. Авторські права на зображення: ESA/Gaia (фонове зображення ліворуч), Аманда Дж. Сміт (Amanda J. Smith) і Анке Арентсен (Anke Arentsen), Інститут астрономії, Кембридж. Фото з сайту www.universetoday.com.

У Всесвіті є багато зір, що утворилися незабаром після Великого Вибуху з речовини, багатої воднем і гелієм. Астрономи використовують їх як «шаблони» для вивчення зір у нашому Молочному Шляху, щоб з’ясувати, яким він був у зародковому стані. Зазвичай, такі старі зорі існують у центральній ділянці Галактики та в кулястих зоряних скупченнях, які утворюють гало низької щільності навколо Молочного Шляху.

За словами учасниці групи PIGS Анке Арентсен (Anke Arentsen), це дослідження, схоже, підтверджує, що під час огляду видно найстаріші зорі в Галактиці. «Вражає те, що ми бачимо зірки, які утворилися на ранніх стадіях розвитку Молочного Шляху, раніше головно недосяжних для спостережень», — сказала Арентсен. «Ці зорі, ймовірно, утворилися менше ніж через мільярд років після Великого Вибуху, як й інші реліквії з раннього Всесвіту».

Що стародавні зорі говорять про історію Молочного Шляху

Коли ви дивитеся на моделі формування галактик, щоб спробувати зрозуміти, як виник Молочний Шлях, є загальна тема: матерія об’єднується. Вона робить це знову й знову, від протогалактики до зіткнень галактик до утворення зір і планет. Це те, що астрономи називають «ієрархічною моделлю».

Згідно з ієрархічною моделлю утворення галактик, спершу сформувалися малі галактичні «будівельні блоки», а далі вони зливалися у все більші галактики протягом еволюції Всесвіту. Зорі утворилися на початку процесу формування галактик. Авторські права на зображення: ESO. Фото з сайту www.universetoday.com.

Існує дві основні моделі того, що буде далі в еволюції галактики. Одна вказує на те, що ранній Всесвіт був сумішшю згустків газу та переважно темної матерії. Згустки взаємодіяли через гравітацію. Згодом компонент нетемної матерії (його називають баріонною матерією) в кожному згустку охолонув і став стискатися. Такі ущільнення баріонів оберталися і з них виникли перші зорі. Наступний крок — новонароджені галактики стикаються одна з одною, утворюючи більші галактики. Це (в двох словах) те, що астрономи називають теорією формування «зверху вниз».

Інший сценарій передбачає, що з менших газових хмар утворилися зорі, які й сформували протогалактиками. Згодом протогалактики злилися, утворивши більші, що згодом почали обертатися та створювати дископодібні структури. Це часто називають теорією формування «знизу вгору». В обох випадках сформовані галактики перебували в гало темної матерії, як ми це бачимо нині.

Обидві моделі передбачають, що найдавніші зорі в галактиці мають міститися у щільних, внутрішніх областях. Це, безсумнівно, правильно для Молочного Шляху. За допомогою спектроскопії астрономи виявили, що хімічні властивості цих стародавніх зір збігаються з властивостями найдавніших зірок у Всесвіті.

Погляд у перспективі на зорі віком дванадцять мільярдів років

Отже, де Молочний Шлях в описаній вище ієрархії? Він почав формуватися близько 13,6 мільярдів років тому, і його початковим «центром» була менша протогалактика, яка стала його першим ядром. Для порівняння, сам Всесвіт виник під час Великого Вибуху, який, як вважають, стався принаймні 13,8 мільярдів років тому. Отже, найдавніші зорі Молочного Шляху не зовсім такого ж віку, як Всесвіт. Але, оскільки вони утворилися так рано, вони є гарними свідками того, якими були умови в найдавніші епохи зореутворення в історії Всесвіту.

Щоб підтвердити свої уявлення про ці стародавні зорі, астрономам потрібно «побачити» центр Молочного Шляху. Це не завжди було легко. Він прихований величезними хмарами газу та пилу. Це означає, що візуальні спостереження майже неможливі. Якщо астрономи використовують спеціальні фільтри на телескопах або спостерігають в інших діапазонах електромагнітного спектра (наприклад, інфрачервоному або радіо), вони можуть помітити ці зорі досить легко. Наступним кроком є визначення їхнього віку за встановленим зі спостережень вмістом металів. Старих зірок не так багато, як їх молодших посестр в інших частинах Галактики. Тому астрономи шукають зорі з бідним вмістом металів, які, ймовірно, старші.

На цьому приголомшливому інфрачервоному зображенні, зробленому космічним телескопом NASA «Спітцер» (Spitzer), видно сотні тисяч зір, що скупчилися в ядрі нашої спіральної галактики Молочний Шлях. Авторські права на зображення: NASA/JPL-Caltech. Фото з сайту www.universetoday.com.

Спостереження PIGS у поєднанні з попередніми даними дослідження GAIA відстежили рух цих зір в Галактиці. Виявляється, ці старі зірки мають хаотичніші рухи, але вони, зазвичай, зберігають середню траєкторію обертання навколо ядра. Переважно більшість стародавніх зір містяться всередині сферичної області, яка простягається приблизно посередині між ядром Галактики та Сонцем. Однак деякі перебувають всередині гало низької щільності, що оточує Галактику, де їх легше помітити.

Подальші кроки

Арентсен представила результати дослідження PIGS на засіданні Королівського астрономічного товариства. До цієї презентації вона та наукова група опублікували інші результати огляду PIGS за кілька років тому. Вони також зосереджують увагу на характеристиках старих зір у центрі Молочного Шляху.

Чому такі стародавні зорі все ще існують? Імовірно, більшість найстаріших у Всесвіті зір вже давно вибухнули як наднові зорі або досягли іншого кінця існування. У ядрі галактики велика ймовірність того, що надмасивна чорна діра може поглинути велику кількість зір. Отже, буде цікаво з’ясувати, чому в ядрі нашої галактики все ще живе популяція древніх зоряних мешканців.

Додаткові дослідження «серця» Молочного Шляху мають відкрити більше про формування, життя та рух цих ранніх зір. «Кількість відкритих даних про ці стародавні об’єкти швидко зростає», — сказала Арентсен. «Я буду рада бачити, що ми дізнаємося більше про ці перші зорі, які заселять нашу галактику, в найближчі кілька років!»

За інф. з сайту www.universetoday.com