Млечный Путь - это нечто большее, чем кажется на первый взгляд. Серебристый поток, разливающийся по ночному небу, - это лишь одна часть сложного скопления звезд, составляющего нашу галактику. Астрономы назвали эту форму "тонкий диск", который находится внутри более пушистого "толстого диска" из звезд в несколько раз выше, как начинка в бостонском пончике.
Но откуда взялись эти два диска? Являются ли они шрамом от космической детской травмы или неизбежным признаком галактической зрелости? Астрофизики и астрономы, имея всего одну образцовую галактику (нашу собственную) для детального изучения, с трудом пытались прийти к единой версии происхождения. Теперь новое исследование обнаружило самые убедительные доказательства существования подобных дисков в соседней галактике. Находка позволяет предположить, что двойные диски Млечного Пути - это обычная галактическая эволюция, а не уникальный результат какого-то необычного прошлого. Это подтверждает потенциал нашей галактики как мощного примера для понимания галактик во всей Вселенной.
"Мы можем взять все эти уроки из Млечного Пути и применить их ко всем остальным галактикам", - говорит Джесси ван де Санде, астроном из Сиднейского университета и соавтор нового исследования. "Но это сработает только в том случае, если Млечный Путь не является чем-то особенным".
Две истории о двух дисках
На практике астрономы разделяют два диска Млечного Пути по их составу. Звезды тонкого диска купаются в металлах (что, с точки зрения астрономов, означает все элементы тяжелее водорода и гелия), в то время как "металлы" довольно редки в звездах толстого диска.
Это различие устанавливает приблизительную временную шкалу, давая астрофизикам понять, "когда". Звезды с толстым диском образовались первыми, непосредственно из газовых облаков водорода и гелия, которыми была заполнена молодая Вселенная. Вторичные, тонкодисковые звезды начали формироваться спустя сотни миллионов лет, после того как первые поколения звезд успели сформировать более тяжелые элементы и взорваться, извергая металлы во все стороны.
Но выяснить "как" оказалось непросто. Чтобы получить два прозрачных диска, какой-то процесс должен был резко замедлить звездообразование во всей галактике, когда она переходила от эпохи первого диска к эпохе второго диска.
Появились две ведущие теории. Возможно, молодой Млечный Путь после образования первого диска врезался в аналогичную по размеру галактику, взбаламутив ее газ и пыль настолько, что звезды гравитационно притянулись друг к другу.
Или, возможно, два диска образовались в результате двух разных типов сверхновых, каждый из которых выбрасывал металлы разными способами. На ранних этапах так называемые сверхновые с коллапсом ядра были нормой, поскольку гигантские звезды, которые их вызывают, были в изобилии. После того как крупные звезды галактики разлетелись, на смену им пришел бы другой тип сверхновых (возможно, вызванный столкновением более мелких звезд).
Эти дебаты имеют далеко идущие последствия. Многое из того, что астрономы знают о галактиках, основано на Млечном Пути, поскольку именно его они видят наиболее отчетливо. Но если ее крупномасштабные особенности возникли в результате единичного столкновения миллиарды лет назад, то исследователи рискуют основывать свои теории на одинокой, неправильно сформированной галактике.
"Если окажется, что Млечный Путь уникален из-за какого-то события слияния 8 миллиардов лет назад, то вся эта картина использования нашего Млечного Пути в качестве образца для всех других галактик просто рухнет", - говорит ван де Санде.
Далекая-далекая галактика
Чтобы выяснить, является ли Млечный Путь странным, ван де Санде и его коллеги направили спектроскопический прибор Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) чилийского Очень большого телескопа (VLT) на девять галактик, расположенных относительно недалеко и в целом похожих на Млечный Путь по размеру и форме. Команда искала доказательства схожих двухдисковых конфигураций, изучая распределение "металлов" в галактиках, чтобы проверить, соответствуют ли они тому, что астрономы видят в нашей собственной двухдисковой галактике.
Предыдущие попытки выявить закономерности в металличности были неубедительными, поскольку большинство телескопов воспринимают далекие галактики как отдельные точки света. Но MUSE может одновременно получать изображения многих тысяч точек внутри галактики. "Он создает изображения, почти не уступающие Хабблу", - говорит Николас Скотт, соавтор исследования, также работающий в Сиднейском университете.
Семь наблюдений оказались успешными, и они приступили к анализу распределения металлов в галактике, которая с Земли кажется наиболее краеугольной, полагая, что ее ориентация поможет тонкому диску выделиться из толстого диска. Они оказались правы.
"Первая галактика, на которую мы посмотрели, бац, и мы сразу же получили бимодальное распределение звезд", или комбинацию тонкого и толстого диска, говорит ван де Санде. Существование второй двухдисковой галактики говорит о том, что Млечный Путь довольно ванильный, возможно, потому что два типа сверхновых естественным образом создают тонкие и толстые диски в большинстве спиральных галактик. Группа опубликовала свои результаты 24 мая в журнале The Astrophysical Journal Letters.
Этот вывод не совсем окончательный. Даже MUSE не может получить изображение отдельных звезд в других галактиках, поэтому распределение металлов более размыто, чем то, что астрономы собрали для Млечного Пути. "Это как [сравнение] яблок с чем-то почти похожим на яблоки", - говорит Скотт.
И хотя две галактики с дисками лучше, чем одна, это открытие не исключает того, что обе галактики пережили сильные столкновения в молодости. Моделирование показало, что такие столкновения происходят примерно с 1 из 20 галактик - редкость, но не исключительная. Чтобы укрепить свой результат, астрономы планируют проанализировать оставшиеся шесть галактик, по которым у них есть данные, и в конечном итоге вернуться к VLT, чтобы расширить свой поиск. "Следующим шагом будет крупное исследование", - говорит ван де Санде.
На данный момент астрономы могут чувствовать себя немного спокойнее, поскольку у них, скорее всего, есть первоклассный вид на очень стандартную галактику.
"Мы всегда будем знать о Млечном Пути больше, чем о любой другой галактике. Если мы сможем взять эти подробности и применить их к другим галактикам, о которых у нас мало данных и нечеткие изображения, - говорит Скотт, - это будет мощный инструмент".