«Хаббл» разгадывает загадку слияния галактик в ранние годы существования Млечного Пути

Наша родная галактика Млечный Путь достигла своих нынешних размеров отчасти за счет поглощения более мелких галактик. Теперь новые данные, полученные с помощью космического телескопа «Хаббл» НАСА и ЕКА, убедительно доказывают, что карликовая галактика слилась с молодой галактикой Млечный Путь на самых ранних этапах ее эволюции. Это открытие расширяет наши знания об истории нашей галактики на 1,8 миллиарда лет.

Сегодня Млечный Путь — это массивная спиральная галактика, в которой находятся сотни миллиардов звезд. Однако наша галактика не всегда была такой большой. Она росла за счет формирования новых звезд из газовых облаков, а также за счет поглощения звезд, газа и темной материи из других галактик в результате слияний.

Самое последнее масштабное слияние в истории нашей галактики произошло с карликовой галактикой в созвездии Стрельца более 6 миллиардов лет назад и продолжается до сих пор. Заглядывая в еще более далекое прошлое, исследователи узнали, что галактика Млечный Путь поглотила другую карликовую галактику под названием Гая-Сосиска-Энцелад 10 миллиардов лет назад. Это древнее слияние сильно повлияло на структуру звездного диска нашей галактики. Между этими двумя галактиками происходили и другие, менее масштабные слияния.

Но на этом история нашей галактики не заканчивается. Как наблюдения, так и моделирование показывают, что этим двум слияниям предшествовало еще одно крупное слияние, хотя подробности этого события активно обсуждаются. Теперь «Хаббл» обнаружил неопровержимые доказательства более раннего слияния, которое произошло около 11,8 миллиарда лет назад, то есть всего через 2 миллиарда лет после Большого взрыва.

«Наш дом — галактика Млечный Путь, но мы не знаем, как был построен наш дом», — сказал Давиде Массари, ведущий автор исследования из Обсерватории астрофизики и космических наук в Болонье, Италия. «В этой статье мы выясняем, откуда взялась первая значительная партия кирпичей: из карликовой галактики, которую мы называем LKH».

Космические археологические памятники

Масштабные астрономические исследования и точные данные с космических аппаратов, таких как миссия «Гайя» Европейского космического агентства, сыграли важную роль в восстановлении истории нашей галактики. Чем дальше в прошлое пытаются заглянуть ученые, тем сложнее становится понять, что происходило. Когда наша галактика была молодой, она была меньше и по размеру гораздо ближе к галактикам, с которыми сталкивалась. Кроме того, она была более хаотичной, и, возможно, следы слияний стерлись за миллиарды лет.

Именно в это туманное прошлое вглядывался «Хаббл». Исследователи использовали «Хаббл» для изучения некоторых шаровых скопленийМлечного Пути: огромных, примерно сферических скоплений, состоящих из десятков тысяч или нескольких миллионов звезд. В шаровых скоплениях находятся одни из самых старых звезд в нашей галактике, и они могут служить своего рода космическими археологическими памятниками, в которых сохранились звезды из других галактик, поглощенных Млечным Путем.

«Благодаря высокому разрешению и глубине съемки «Хаббла» мы смогли с беспрецедентной точностью измерить возраст и содержание металлов в этих скоплениях», — сказала Кьяра Зербинати, соавтор исследования из Болонского университета в Италии. — В сочетании с данными «Гайи» это позволило выделить группу шаровых скоплений, которые отличаются от остальных. Эти скопления образовались в галактике LKH, и они показывают нам, когда наша галактика поглотила эту и насколько массивной она была.

Команда исследователей проанализировала данные «Хаббла» о 39 шаровых скоплениях во внутренней части нашей галактики на расстоянии 20 000 световых лет, где должны сохраниться свидетельства самых древних слияний. Ученые предполагали, что в этой выборке будут шаровые скопления, сформировавшиеся в молодой галактике Млечный Путь, а также скопления, собранные в карликовой галактике Гайя-Сосиска-Энцелад около 10 миллиардов лет назад.

Используя чувствительные наблюдения «Хаббла» для определения точного возраста каждого скопления и связанной с ним металличности — содержания элементов тяжелее гелия, — они установили, что во внутренних областях нашей галактики существует третья популяция шаровых скоплений. Команда обнаружила, что эти скопления старше группы, сформировавшейся в результате слияния галактик Гайя, Сосиска и Энцелад, но моложе тех, что образовались в Млечном Пути, независимо от содержания в них металлов. Таким образом, эти скопления образовались в результате отдельного и еще более раннего слияния, в ходе которого галактика Млечный Путь поглотила карликовую галактику, масса звезд в которой примерно в 500 миллионов раз превышала массу Солнца, что составляло значительную долю массы нашей галактики в то время. Эту карликовую галактику назвали Low-energy-Kraken-Heracles, или LKH, в честь трех более ранних научных работ, в которых отстаивалась идея слияния на раннем этапе истории нашей галактики.

Такое масштабное слияние на раннем этапе формирования Млечного Пути имеет серьезные последствия для эволюции нашей галактики.

«Некоторые предыдущие исследования утверждали, что самые ранние фазы эволюции нашей галактики определялись звездами, рожденными только в нашей галактике», — говорит Массари. — «Мы показали, что необходимо учитывать и звезды, рожденные во внешних галактиках».

Команда планирует продолжить работу по изучению истории галактики Млечный Путь, исследуя ее шаровые скопления, чтобы охарактеризовать все масштабные слияния, которые наша галактика пережила за всю космическую историю.

«"Хаббл" наблюдает за шаровыми скоплениями, которые никогда ранее не изучались, и это поможет нам охарактеризовать слияния, происходившие в далеком прошлом галактики Млечный Путь», — сказал Фернандо Агуадо-Агелет, соавтор исследования, сотрудник Университета Виго и Университета Ла-Лагуна в Испании.

На изображении:

Около 12 миллиардов лет назад карликовая галактика, известная как LKH (слева), столкнулась с молодым Млечным Путем (справа) и слилась с ним. Эта художественная концепция изображает столкновение. Космический телескоп «Хаббл» НАСА и ЕКА обнаружил неопровержимые доказательства этого давнего столкновения, изучая древние шаровые звёздные скопления.

Иллюстрация двух галактик в процессе столкновения на темном, усыпанном звездами фоне. Столкновение занимает среднюю треть иллюстрации. Справа показана большая галактика, вид на которую осуществляется под углом от 11 до 4 часов. Ее бело-желтое ядро окружено пятнистыми коричневыми пылевыми полосами и слабыми голубоватыми спиральными рукавами. Слева показана меньшая по размеру яркая бело-голубая галактика, которая из-за гравитации приняла изогнутую, крючкообразную форму. Широкий светящийся мост из бледно-голубого газа и звезд простирается от галактики слева, а тонкие потоки тянутся над и под более крупной галактикой справа.