Новое исследование астрономов показывает, что внешний край области Млечного Пути, ответственной за рождение новых звезд, может оказаться ближе к центру Млечного Пути, чем предсказывали предыдущие модели. Точно определив возраст более чем 100 000 звезд-гигантов, международная исследовательская группа впервые четко определила «границу» диска звездообразования Млечного Пути, обнаружив, что область, где недавно произошло звездообразование, простирается не так далеко, как ожидали люди.
Существующие модели эволюции галактик обычно полагают, что новые звезды будут рождаться в «эстафете» изнутри наружу галактического диска, поэтому по мере увеличения расстояния от галактического центра средний возраст звезд должен постепенно уменьшаться. Однако команда увидела в данных наблюдений две совершенно разные возрастные тенденции: во внутренней области диска Млечного Пути звезды молодеют по мере движения наружу; но когда они оказываются на расстоянии около 40 000 световых лет от центра Млечного Пути, эта тенденция внезапно меняется на противоположную, и внешние звезды становятся старше. В результате получается U-образная возрастная кривая, в которой самые молодые звезды сконцентрированы вокруг определенного радиуса. Эта структура рассматривается как четкий маркер внешнего края диска звездообразования Млечного Пути.
Карл Фитени, первый автор статьи и астрофизик из Университета Инсубрии, сказал, что насколько далеко простирается звездообразующий диск Млечного Пути, всегда было открытым вопросом в «галактической археологии». Теперь, составив карту точного распределения возраста звезд в зависимости от радиуса, исследователи наконец дали количественный и четкий ответ. В исследовании использовались данные двух основных звездных обзоров: LAMOST-DR3 и APOGEE-DR17, в сочетании с оценкой расстояния нейронной сети AstroNN и высокоточными астрометрическими данными Gaia. Выборка выборки в основном ограничивалась звездами, близкими к средней плоскости галактического диска и с очень круглыми орбитами, чтобы максимально подчеркнуть внутренние свойства самого диска.
Исследователи объединили возраст звезд-гигантов с результатами численного моделирования, чтобы нарисовать «отпечаток пальца» возраста звезд Млечного Пути в зависимости от радиуса, который ясно показывает, что существует значительная структурная граница на расстоянии от 35 000 до 40 000 световых лет. Эта особенность очень стабильна в различных данных опросов и не имеет ничего общего с используемым набором данных. Соответствующий радиус также хорошо согласуется с так называемым «радиусом разрушения», при котором профиль звездной плотности в диске галактики явно «нарушен», что считается физическим краем диска звездообразования.
Соавтор Джозеф Каруана, астрофизик из Мальтийского университета, отметил, что высокоточные данные о возрасте звезд, доступные сегодня, становятся мощным инструментом для интерпретации истории Млечного Пути, подталкивая нас в «новую эру» использования звездных возрастов для реконструкции истории эволюции нашей собственной галактики. За этим краем диска активность звездообразования значительно снизилась, а плотность массы диска продолжает уменьшаться, но наблюдения по-прежнему обнаруживают наличие большого количества звезд, что поднимает ключевой вопрос: если новые звезды почти не образуются во внешнем диске, то как эти звезды там появляются?
Ответ, данный исследованиями, — «радиальная миграция». Звезды могут медленно «дрейфовать» наружу по галактическому диску. Этот процесс наглядно можно сравнить с «серфингом» на спиральной волне галактического диска: звезды подобны серферам, использующим волны, чтобы добраться до берега, хватаясь за спиральные рукава, проходящие через галактику, направляя себя на то, чтобы постепенно покинуть место своего рождения и двигаться дальше вовне. Поскольку эта миграция медленная и случайная, чем дальше она находится, тем больше времени требуется звездам для завершения своей миграции. Поэтому звезды с самым высоким средним возрастом собираются на самой дальней стороне области, вдали от возрастной «кормушки».
Наблюдения и моделирование показывают, что этот «радиус разрушения» не вызван статистическими ошибками, такими как предполагаемые различия в положении Солнца или недостаточные размеры выборки в других исследованиях, а является реальной физической границей структуры диска Млечного Пути. Этот результат подтверждает мнение о том, что Млечный Путь представляет собой типичную дисковую галактику типа II (кривая вниз), то есть за пределами радиуса разрыва количество звезд больше, чем в простой экспоненциальной модели диска. Считается, что эта структура возникла в результате конкуренции между усечением звездообразования и радиальной миграцией и оставляет U-образную эволюционную летопись окаменелостей в распределении звездного возраста.
Соответствующие исследования не только уточняют наше понимание формирования и эволюции Млечного Пути, но также предоставляют важное справочное правило для понимания других дисковых галактик. Относительно «тихий» внешний диск Млечного Пути в традиционном представлении теперь заново изображается как динамическая область, которая развивается под совместным действием радиальной миграции, орбитального резонанса и постепенно распадающегося звездообразования. Его сложные гравитационные взаимодействия продолжают менять форму этого галактического пространства, которое когда-то считалось «краевым и безжизненным».