Щоб краще зрозуміти історію та еволюцію Молочного Шляху, астрономи вивчають суміш газів і металів, які є важливою складовою нашої галактики.
У цій суміші виділяють три основні елементи: початковий газ, що надходить ззовні Галактики, газ всередині нашої галактики, тобто міжзоряний, збагачений хімічними елементами, а також пил, який утворюється при конденсації металів, наявних у цьому газі.
Досі теоретичні моделі розробляли на основі припущення, що ці три елементи однорідно змішуються скрізь в Молочному Шляху і за хімічним складом та кількістю елементів ця суміш схожа на ту, що є в атмосфері Сонця, яку називають його металічністю. Тепер група астрономів з Женевського університету (University of Geneva, UNIGE) з’ясувала: ці гази змішуються не так сильно, як вважали раніше. Це відкриття сильно вплине на сучасне розуміння еволюції галактик. Зокрема доведеться змінити теоретичні моделі еволюції Молочного Шляху. Результати нового дослідження оприлюднив журнал Nature.
Галактики — це зоряні системи, що виникли в результаті скупчення газу міжгалактичного середовища, який головно складається з водню та трохи гелію. Цей газ не містить металів на відміну від газу в галактиках — в астрономії всі хімічні елементи, важчі за гелій, називають металами. Зазвичай у космосі всі ці метали перебувають в газоподібному стані.
«Галактики споживають “незайманий” газ, що потрапляє ззовні. Це їх омолоджує і дозволяє формувати нові зорі», — пояснила Анналіса Де Сіа (Annalisa De Cia), професор кафедри астрономії наукового факультету UNIGE та головний учасник дослідження. Водночас зорі спалюють водень, який живить їх протягом усього життя, й утворюють інші елементи шляхом нуклеосинтезу. Коли зоря, яка досягла кінця свого життя, вибухає, вона викидає утворені й накопичені метали, такі як залізо, цинк, вуглець і кремній, в міжзоряний простір. Ці елементи змішуються з газом, що є в галактиці. Потім ці атоми можуть конденсуватися в пил, особливо в більш холодних і щільних частинах галактики. «Спочатку, коли Молочний Шлях тільки сформувався, понад 10 мільярдів років тому, в ньому не було металів. Потім зорі поступово збагачували навколишнє середовище виробленими ними металами», — розповіла дослідниця. Коли кількість металів у цьому газі досягає рівня, який присутній на Сонці, астрономи говорять про сонячну металічність.
Міжзоряне середовище не таке однорідне
Отже, міжзоряне середовище Молочного Шляху — це суміш металів, утворених в зорях, частинок пилу, що виникли внаслідок «злипання» цих металів, а також газу, який регулярно надходить із-за меж галактики. «Теоретичні моделі, які дотепер будували астрономи, розроблені з урахуванням того, що ці три елементи однорідно змішуються і досягають складу сонячної речовини скрізь у нашій галактиці, з незначним збільшенням металічності в центрі, де зір міститься більше», — пояснив Патрік Петітжен (Patrick Petitjean), дослідник Інституту астрофізики Паризького університету. «Ми вирішили виконати докладні спостереження цієї суміші, використовши ультрафіолетовий спектрограф на Космічному телескопі імені Габбла».
Спектроскопія дає змогу розкласти світло від зір на окремі кольори або частоти — це трохи схоже на те, як розкладає біле світло на окремі кольори призма, чи на веселку. В цьому розкладеному світлі астрономів особливо цікавлять так звані лінії поглинання. «Коли ми спостерігаємо зорю, метали, які входять до складу газу, що лежить між зорею і нами, поглинають характерним чином на певній частоті дуже невелику частину світла, що дає змогу не лише визначити їх присутність, але й сказати, що це за метал і яка його кількість», — підкреслив науковець.
Новий метод, розроблений для встановлення загальної металічності
Протягом 25 годин за допомогою телескопа «Габбл» і Дуже великого телескопа (Very Large Telescope, VLT) в Чилі дослідники спостерігали атмосфери 25 зір. Однак була проблема! Кількість пилу неможливо визначити за допомогою спектрографів цих телескопів, навіть якщо він містить метали. Тому група Анналіси Де Сіа розробила новий метод спостережень. «Його суть в тому, що для визначення загального складу газу та пилу, спостерігають одночасно за кількома елементами, такими як залізо, цинк, титан, кремній та кисень», — пояснила дослідниця з Женеви. «Тоді ми можемо встановити кількість металів, присутніх у пилі, й додати її до тієї, яка вже визначена на підставі попередніх спостережень, і отримати загальну кількість».
Завдяки цьому методу подвійного спостереження астрономи виявили, що міжзоряне середовище Молочного Шляху не тільки не однорідне, а й те, що деякі обстежені ділянки мають металічність лише 10% від сонячної. «Це відкриття відіграє важливу роль у розробці теоретичних моделей формування та еволюції галактик», — сказав Йенс-Крістіан Кроґаґер (Jens-Kristian Krogager), дослідник кафедри астрономії UNIGE. «Відтепер нам доведеться вдосконалювати моделювання, збільшуючи роздільну здатність, щоб враховувати ці зміни металічності в різних місцях Молочного Шляху».
Ці результати суттєво вплинуть на розуміння астрономами еволюції галактик і, зокрема, нашої. Справді, метали відіграють фундаментальну роль у формуванні зір, космічного пилу, молекул та планет. Тепер ми знаємо, що нові зорі та планети можна утворити з газів із дуже різним складом.
За інф. з сайту https://phys.org підготував Іван Крячко
