Астрономы реконструировали историю звездообразования центра Млечного Пути

Астрономы впервые реконструировали историю звездообразования в центре Млечного Пути, обнаружив, что оно исходило из центра галактики. Результаты также показали, что большинство молодых звёзд в плотно упакованном галактическом центре сформировались лишь в виде свободных ассоциаций и отдалились друг от друга в течение миллионов лет.

Несмотря на то, что в центре Млечного Пути — примерно в 26 000 световых лет от Земли — существует плотное скопление звёзд, до сих пор наблюдалась лишь небольшая часть этих звёзд. Отслеживая часть недостающей звёздной массы в регионе и собирая данные о 3 миллионах звёзд, исследователи впервые смогли изучить качества этих молодых небесных тел.

«Наше исследование представляет собой большой шаг вперёд в поиске молодых звёзд в галактическом центре», — заявил исследователь Института астрономии Макса Планка и член исследовательской группы Франсиско Ногерас-Лара. «Найденные нами звёзды имеют общую массу более 400 000 масс Солнца. Это почти в десять раз больше, чем совокупная масса двух массивных звёздных скоплений, которые ранее были известны в центральной области».

Выводы группы, которые противоречат предыдущим представлениям о том, что звёзды в центре нашей галактики сформировались в плотно упакованные скопления, могут помочь учёным лучше понять быстрое звездообразование, наблюдаемое в ранней истории Вселенной и в так называемых «галактиках со вспышками звездообразования».

С точки зрения массы, Млечный Путь формирует новые звёзды со скоростью, всего в несколько раз превышающей скорость Солнца каждый год. С другой стороны, галактики со вспышками звездообразования производят десятки или даже сотни солнечных масс в год. Это быстрое звездообразование происходит во вспышках, длящихся несколько миллионов лет — относительно короткие периоды времени в космическом масштабе. Считается, что такая высокая скорость звездообразования была обычным явлением в галактиках, когда Вселенной с возрастом 13,8 миллиардов лет было около 4 миллиардов лет.

Низкая скорость звездообразования Млечного Пути не помешала астрофизикам использовать его для исследования звездообразования в других галактиках благодаря центральной области галактики. Примерно в 1300 световых годах от центральной сверхмассивной чёрной дыры Млечного Пути — Стрельца А* (Sgr A*) — темпы звездообразования в десять раз выше, чем в остальной части нашей галактики, и так было в течение последних 100 миллионов лет. Это означает, что ядро Млечного Пути является подходящим прокси для галактик со вспышками звездообразования или даже для галактик десять миллиардов лет назад.

Чтобы наблюдать за центральной областью галактики, астрономы всё ещё должны учитывать несколько проблем. Во-первых, густая пыль в диске Млечного Пути закрывает обзор ядра галактики. Один из способов справиться с этим — проводить наблюдения в инфракрасном, миллиметровом или радиодиапазонах, на которых свет может проходить сквозь пыль. Даже после того, как эта проблема будет решена, тот факт, что галактический центр настолько густонаселён, означает, что в случае всех звёзд, кроме самых массивных, астрономам трудно отличить одну звезду от другой. Это означает, что, хотя наблюдения за ионизированным водородом — образующимся, когда ультрафиолетовое излучение горячих молодых звёзд отрывает электроны от атомов — подтвердили, что в центре нашей галактики происходит быстрое звездообразование, звёзды, образовавшиеся в результате этого, было трудно обнаружить.

До этих новых открытий астрономы могли обнаружить только около 10% звёздной массы, которая, по прогнозам, должна находиться вокруг Sgr A*. Это массовое скопление содержится в двух массивных звёздных скоплениях и небольшом количестве изолированных звёзд.

VLT состоит из серии 8-метровых телескопов, что означает, что метод, называемый голографическим изображением, который объединяет несколько изображений с короткой выдержкой, может использоваться для устранения эффекта размытия земной атмосферой на изображениях галактического центра. Это позволило астрономам детально изучить область, которая показала, что область под названием Стрелец B1 содержит гораздо больше молодых звёзд, чем показывали предыдущие наблюдения.

Хотя команде удалось изучить только некоторые из самых массивных звёзд в Стрельце B1, им удалось определить яркость и светимость каждой звезды — количество света, излучаемого звездой за определенный период времени. Изучив статистическое распределение звёздной светимости и отсортировав их по «группе яркости», исследователи смогли проследить время жизни, сколько звёзд образовалось в какое время и, таким образом, эволюцию звездообразования в галактическом центре. Исследователи также обнаружили, что звёзды в Стрельце B1 не являются частью массивного скопления, а более рассеяны. Это указывает на то, что звёзды сформировались в рыхлые ассоциации, которые растворились за миллионы лет, пока они вращались вокруг сердца Млечного Пути. Хотя это рассеяние было замечено, в частности, при наблюдениях Стрельца B1, оно может объяснить, почему только исследования с высоким разрешением, такие как GALACTICNUCLEUS, смогли обнаружить молодые звёзды, которые рассеялись в центре Млечного Пути.

Команда также обнаружила, что Стрелец B1 и самые внутренние области галактического центра населены более старыми звёздами — старше 7 миллиардов лет — в то время как звёзд в возрасте от 2 до 7 миллиардов лет не хватает. Это может указывать на то, что звездообразование в центре Млечного Пути началось в самых внутренних областях, а затем распространилось наружу. Подобный процесс «наизнанку» ранее наблюдался в других галактиках и является ключом к созданию небольшого диска звёзд, окружающего центральную область, называемого «ядерным диском».

Ногерас-Лара и его команда теперь будут следить за этими наблюдениями с помощью другого инструмента VLT, высокоточного спектрографа, называемого многообъектным спектрографом K-диапазона (KMOS). Изучая свет звёздного населения Стрельца B1 напрямую и используя спектрографию для оценки состава, исследователи смогут индивидуально идентифицировать некоторые очень молодые звёзды.

Астрономы также будут отслеживать быстрое движение недавно обнаруженных звёзд Стрельца B1 вокруг галактического центра в течение нескольких лет, наблюдая, как меняется их положение по отношению друг к другу. Это могло бы помочь лучше понять, как звёзды были сгруппированы ранее. «Оба вида измерений послужат, как мы надеемся, подтверждению, но определённо уточнению результатов опубликованной работы», — сообщил в своём заявлении руководитель группы Лизы Мейтнер в Институте астрономии Макса Планка Надин Ноймайер. «В то же время мы и наши коллеги начнём изучать, что новые данные о звездообразовании в Галактическом центре могут рассказать о высокопроизводительном звездообразовании в других галактиках».