Одне з найбільших питань, з якими нині стикаються астрономи, стосується утворення зір і їх ролі в еволюції галактик. Зокрема, астрономів цікавить — процес формування зір почався у центральних ділянках галактик, де зорі пов’язані міцніше? Попередні спостереження показали, що численні галактики пережили інтенсивні періоди утворення зір у своїх центрах приблизно через мільярд років після Великого Вибуху. Вже давно астрономи хотіли виконати такі спостереження в центрі Молочного Шляху, щоб вивчити темп утворення зір в ньому докладніше.
На жаль, астрономам дуже важко досліджувати центр Молочного Шляху, бо цей регіон яскравий і щільно заповнений речовиною, що ускладнює розрізнення окремих зір і їхніх скупчень. Завдяки новому аналізу інфрачервоного огляду неба високої роздільної здатності, група астрономів створила першу реконструкцію історії утворення зір у центрі Галактики. Згідно з їхніми висновками, більшість молодих зір у цьому регіоні утворилися в слабко пов’язаних зоряних асоціаціях, які розсіялися назовні й заповнили зорями диск Галактики протягом багатьох еонів (на відміну від міцно пов’язаних гравітацією масивних скупчень зір).
Дослідження виконував доктор Франциско Ноґерас-Лара (Francisco Nogueras-Lara), незалежний науковий співробітник Інституту астрономії імені Макса Планка (Max-Planck Institute for Astronomy, MPIA). До нього приєдналися доктор Надін Ноймаєр (Nadine Neumayer), керівниця групи Лізи Майтнер (Lise Meitner) в MPIA (група спеціалізується на дослідженні ядер галактик), і доктор Райнер Шодель (Rainer Schödel)— керівник групи з дослідження центра Галактики в Інституті астрофізики Андалусії (Instituto de Astrofísica de Andalucía). Статтю, де описано їхні відкриття, під назвою «Detection of an excess of young stars in the Galactic Centre Sagittarius B1 region» («Виявлення надлишку молодих зір в районі галактичного центру Стрілець B1») нещодавно оприлюднив журнал Nature Astronomy.
Це зображення центра Молочного Шляху. Яскрава біла ділянка праворуч від центра є місцем для надмасивної чорної діри Стрілець A. Авторські права на зображення: NASA/JPL-Caltech/ESA/CXC/STScI. Фото з сайту www.universetoday.com.
Хоча астрономи використовують нашу галактику, щоб дізнатися про властивості галактик загалом, існують помітні відмінності між Молочним Шляхом та іншими зоряними системами. По-перше, наша галактика має відносно низьку швидкість утворення зір (лише кілька сонячних мас на рік), тоді як у галактиках із «спалахами зореутворення» трапляються періоди, які тривають кілька мільйонів років, коли вони формують зорі з темпом у десятки або навіть сотні сонячних мас на рік. Цікаво, що така висока швидкість утворення зір була нормою серед галактик десять мільярдів років тому, коли щороку формувалася кількість зір, маса яких у сукупності еквівалентна десяткам мас Сонця.
Але в центральній ділянці Молочного Шляху, приблизно за 1300 світлових років навколо надмасивної чорної діри (supermassive black hole, SMBH) нашої галактики, швидкість утворення зір у останні 100 мільйонів років була вдесятеро вищою, ніж у середньому. Коротше кажучи, ядро нашої галактики таке ж продуктивне, як галактика зі спалахом зореутворення, або таке ж продуктивне, як галактики десять мільярдів років тому. Астрономи робили спроби вивчити цей регіон, щоб дізнатися більше про фактори, що впливають на утворення зір у галактиках. На жаль, це було набагато складніше, ніж вивчення інших галактик, бо Сонячна система міститься в диску Молочного Шляху.
Наші обсерваторії мають боротися з величезною кількістю пилу між Землею та центром Галактики, що затемнює світло. Щоб уникнути цієї проблеми, астрономи використовують інструменти, які дають змогу спостерігати Всесвіт в інфрачервоному, міліметровому або радіо діапазонах електромагнітного спектра. Вони можуть реєструвати випромінювання, що проходить крізь пил, і таким чином виявляти об’єкти, які у видимому світлі не видно. Інша проблема (вже згадана) полягає в тому, що центр Галактики переповнений зорями. Це ускладнює розпізнавання окремих зірок (за винятком дуже яскравих, які виділяються з-поміж інших).
Астрономи знають, що процес формування зір триває в центрі Галактики, про що свідчить іонізоване та рентгенівське випромінювання. Але виявити молоді зорі, які утворилися за останні кілька мільйонів років, було дуже важко. До цього дослідження астрономи змогли виявити лише два масивних зоряних скупчення та кілька ізольованих молодих зір у центрі нашої галактики — приблизно 10% від очікуваної зоряної маси. Це залишило без відповіді багато запитань про розташування всіх інших молодих зір та їхні властивості.
Знімок центральної ділянки Молочного Шляху в інфрачервоному світлі, отриманий за допомогою космічного телескопа NASA Spitzer («Спітцер»). Авторські права на зображення: NASA/JPL-Caltech/S. Stolovy (Spitzer Science Center/Caltech). Фото з сайту www.universetoday.com.
Щоб відповісти на це питання, Ноґерас-Лара, Ноймайер і Шодель звернулися до даних огляду GALACTICNUCLEUS. Для його виконання астрономи використовують інфрачервону камеру HAWK-I, що працює на Дуже великому телескопі в обсерваторії Паранал в Чилі. Вони зробили послідовно майже 150 знімків з короткою експозицією центральної ділянки Молочного Шляху в інфрачервоних діапазонах J, H і Ks і дослідили район загальною площею 64 000 квадратних світлових років навколо центра Галактики. Потім ці знімки об’єднали за допомогою голографічного зображення, щоб виправити спотворення від атмосфери Землі та нанести на мапу регіон у більш дрібних деталях, ніж будь-коли раніше.
Тоді як раніше було нанесено лише кілька десятків зір, огляд GALACTICNUCLEUS надав дані про 3 мільйони зір у центрі Галактики. Крім того, науковці помітили, що ділянка, відома як Стрілець B1 (Sag B1), містить значно більше молодих зір, ніж інші регіони. На це вказувало те, як вони іонізують навколишні газові хмари. Завдяки цим спостереженням із високою роздільною здатністю Ноґерас-Лара та його колеги вперше змогли докладно вивчити зорі в регіоні, зокрема отримати статистичний розподіл світності зір.
Це особливо важливо, бо розподіл світності змінюється поступово (і передбачуваним чином) для зір, які утворилися приблизно в той самий час. Враховуючи такий розподіл, можна реконструювати історію утворення зірок, зважаючи на ті, що утворилися понад 7 мільярдів років тому, між 2 і 7 мільярдами років тому («intermediate bracket» — «проміжний ланцюг») і протягом останніх 2 мільярдів років. Проаналізувавши отримані дані, група виявила, що Sag B1 має старішу популяцію зір з «проміжного ланцюга» та велику популяцію зір віком 10 мільйонів років або менше.
Ноґерас-Лара в прес-релізі MPIA сказав: «Наше дослідження є великим кроком вперед у пошуку молодих зір у центрі Галактики. Молоді зірки, які ми знайшли, мають загальну масу понад 400 000 мас Сонця. Це майже в десять разів більше, ніж сукупна маса двох масивних зоряних скупчень, які раніше були відомі в центральній ділянці».
Погляд на все небо, який можна мати за допомогою космічного апарата Gaia («Гайя»), для імітованої галактики, схожої на Молочний Шлях. Авторські права на зображення: Sanderson et al. Фото з сайту www.universetoday.com.
Цікаво, що зорі також виявилися розсіяними, а не у складі масивного скупчення. Це свідчить про те, що вони народилися в одній або кількох мало зв’язаних гравітацією зоряних асоціаціях, які швидко розсіялися, обертаючись навколо центра Галактики протягом кількох мільйонів років. Хоча ці результати стосуються саме Sag B1, вони можуть означати, що молоді зорі в центрі нашої галактики загалом народжувалися в нещільних асоціаціях, які згодом розсіялися на окремі зірки. Це могло б пояснити, чому молоді популяції набагато важче розпізнати, і для їх досліджень потрібні спостереження високої роздільної здатності на кількох довжинах хвиль.
Ще одна цікава знахідка полягає в тому, що в Sag B1 також існує старша популяція зір. У найглибших регіонах центра Галактики є зорі віком понад 7 мільярдів років, але практично немає зір середнього вікового діапазону. Це може означати, що утворення зір почалося в найглибшій частині центра Галактики, а потім поширилося на «диск ядра» («nuclear disk»), невеликий диск із зір, що оточує центр. Ознаки цього зсередини-назовні механізму утворення зір астрономи вже спостерігали в інших галактиках, і ці останні результати свідчать про те, що це також стосується Молочного Шляху.
Заглядаючи вперед, наукова група має намір виконати подальші спостереження за допомогою приладу K-band Multi-Object Spectrograph (KMOS) на Дуже великому телескопі. Додавши результати спектральних спостережень до загального розподілу світності, який вони отримали, науковці сподіваються прямо ідентифікувати деякі дуже молоді зорі в центрі Галактики. Крім того, планується відстежувати власні рухи нещодавно відкритих зір на основі даних, отриманих такими місіями, як обсерваторія Gaia Європейського космічного агентства. Хоча зорі, які утворилися в тій самій асоціації, з часом розсіюються, їхній рух, імовірно, буде дуже схожим, що вказує на спільне походження.
Отже, відстеження власного руху зір у Sag B1 дасть змогу астрономам зробити висновок, чи молоді зорі, які вони спостерігають в цій ділянці, справді народилися в одній або кількох асоціаціях. Надін Ноймаєр підсумувала: «Обидва вимірювання, сподіваюся, дозволять підтвердити й уточнити результати нині опублікованої роботи. Водночас ми та наші колеги почнемо вивчати, як нове уявлення про зореутворення в центрі Галактики може розповісти нам про високопродуктивне зореутворення в інших галактиках».
За інф. з сайту www.universetoday.com підготував Іван Крячко
