Астрономы наконец нашли границу у Млечного пути и нанесли ее на карту

Определить, насколько простирается наш Млечный Путь, всегда было непросто, поскольку его диск не обрывается резко — он постепенно исчезает в космосе. Теперь исследователи определили четкую границу, где активно формируются новые звезды. 

Изучая возраст звезд, международная группа ученых показала, что большая часть звездообразования в нашей галактике происходит в пределах примерно 40 000 световых лет от галактического центра. Команда астрономов объединила наблюдения за яркими гигантскими звездами с передовыми моделями эволюции галактик. Такой подход выявил отчетливую U-образную закономерность в возрасте звезд, которая и отмечает внешнюю границу области звездообразования в Млечном пути.

Размеры звездообразующего диска Млечного пути долгое время оставались открытым вопросом в галактической археологии. Построив карту изменения возраста звезд по всему диску, астрономы получили четкий количественный ответ на этот вопрос.

Галактики не формируют звезды равномерно по всему своему диску. Вместо этого они растут наружу с течением времени. Звездообразование начинается в плотных центральных областях и постепенно распространяется к внешней части диска на протяжении миллиардов лет — этот процесс известен как рост «изнутри наружу». Из-за этого более молодые звезды, как правило, находятся на больших расстояниях от центра.

Млечный Путь следует этой закономерности, но только до определенного момента. Исследование, опубликованное в Astronomy & Astrophysics, показало, что возраст звезд уменьшается с расстоянием от центра примерно до 35 000–40 000 световых лет. После этого тенденция меняется, и звезды снова становятся старше с увеличением расстояния. Это создает характерную U-образную зависимость.

Сравнив эту закономерность с подробными моделями галактики, исследователи подтвердили, что регион с самыми молодыми звездами соответствует резкому снижению эффективности звездообразования. Это отмечает истинную границу звездообразующего диска Млечного Пути. 

Полученные данные позволяют все более точно определять возраст звезд, что станет мощным инструментом для расшифровки истории Млечного Пути.

Если на этой границе так резко сокращается звездообразование, возникает очевидный вопрос: почему дальше нее звезды все-таки имеются? Ответ кроется в процессе, называемом радиальной миграцией — медленном удалении звёзд от мест их рождения за счёт взаимодействия со спиральными волнами, распространяющимися по Галактике. Подобно серферам, покоряющим океанские волны, звезды могут получать энергию от спиральных рукавов и со временем дрейфовать наружу.

Большинство звёзд, обнаруженных за пределами этой границы, не родились там. Вместо этого они постепенно мигрировали наружу. Поскольку этот процесс медленный и происходит случайным образом с течением времени, звёзды, прошедшие самые дальние расстояния, как правило, являются самыми старыми.

Важно, что эти внешние звезды движутся по почти круговым орбитам. Это показывает, что они не были выброшены наружу в результате столкновений галактик. Их нынешнее положение является результатом долговременных внутренних процессов внутри Млечного пути. Звезды движутся по орбитам, близким к круговым, а это значит, что они должны были сформироваться в диске. Это не звезды, рассеянные на большие радиусы падающей галактикой-спутником.

Для определения этой границы исследователи проанализировали более 100 000 гигантских звезд. Они использовали спектроскопические данные из обзоров LAMOST и APOGEE в сочетании с высокоточными измерениями со спутника Gaia, который составляет карту звездного неба Млечного пути. Для подтверждения своих выводов исследователи обратились к моделированию на суперкомпьютерах. Модели показали, что U-образная зависимость естественным образом возникает, когда звездообразование резко сокращается, а старые звезды мигрируют наружу.

Хотя местоположение границы теперь определено, причина снижения звездообразования на этом расстоянии до сих пор неясна. Одна из возможных причин — влияние центральной перемычки Млечного пути, которая может вызывать скопление газа на определенных радиусах. Другая причина — внешнее искривление галактики, где диск искривляется и может нарушать условия, необходимые для звездообразования.