Где граница Млечного Пути: учёные нашли край галактики

Международная группа астрономов впервые определила край звёздообразующего диска Млечного Пути — области, где рождаются новые звёзды. Граница пролегает примерно в 40 000 световых лет от галактического центра. Открытие стало возможным благодаря новому подходу: учёные составили карту возрастов звёзд и обнаружили характерный U-образный паттерн, который и указал на «черту», за которой звёзды больше не формируются.

Наконец найдена граница нашей галактики — учёные разгадали главную тайну Млечного Пути

Почему у галактики Млечный Путь нет чёткой границы

В отличие от острова с береговой линией, галактика — скорее облако. Её звёзды, газ и пыль не заканчиваются резко, а постепенно редеют. Чем дальше от центра, тем меньше звёзд, но какие-то одиночки продолжают встречаться. Из-за этого вопрос «где кончается Млечный Путь?» астрономы десятилетиями называли одним из самых неудобных.

В отличие от острова с береговой линией, галактика — скорее облако. Её звёзды, газ и пыль не заканчиваются резко, а постепенно редеют. Чем дальше от центра, тем меньше звёзд, но какие-то одиночки продолжают встречаться. Из-за этого вопрос «где кончается Млечный Путь?» астрономы десятилетиями называли одним из самых неудобных. Похожая путаница возникает и с тем, как вообще оценивать истинный размер нашей галактики.

Можно попытаться провести границу по самой далёкой звезде — но она всё время сдвигается, ведь отдельные звёзды улетают от своего «места рождения» на огромные расстояния. Гораздо надёжнее найти черту, за которой звёзды перестают рождаться, — именно это и сделала группа под руководством доктора Карла Фитени из Университета Инсубрии.

Как учёные нашли край галактики по возрасту звёзд

Галактики растут «изнутри наружу». Сначала звёзды формируются в плотном центре, где больше всего газа. Со временем звёздообразование распространяется на окраины. Это значит, что в среднем чем дальше от центра, тем моложе звёзды — по крайней мере в пределах активного диска.

Но в какой-то момент этот тренд должен ломаться. За краем диска газа уже недостаточно для рождения новых звёзд. Те светила, что встречаются дальше, — это «мигранты», которые родились ближе к центру и постепенно переместились наружу. А раз они путешествовали долго, то все они будут старыми.

Схематическое распределение звёзд в диске по возрасту: молодые ближе к краю активной зоны, старые — в центре и за границей диска

Вот и получается характерная картина: возраст звёзд сначала убывает по мере удаления от центра, а затем снова начинает расти — формируя U-образный профиль. Точка минимума (самые молодые звёзды) и есть граница звёздообразующего диска.

Как миссия Gaia измерила размер Млечного Пути

Чтобы построить такую карту, нужны точные данные о положениях и возрастах огромного количества звёзд. Здесь на помощь пришла миссия Gaia Европейского космического агентства — космический телескоп, который помог составить подробную карту Млечного Пути и за годы работы каталогизировал положения и движения почти двух миллиардов звёзд с беспрецедентной точностью.

Команда Фитени использовала данные из двух независимых спектроскопических обзоров — LAMOST и APOGEE — в сочетании с данными Gaia. Исследователи сосредоточились на звёздах-гигантах вблизи плоскости галактики, которые движутся по почти круговым орбитам. Такой отбор помог исключить «чужаков» — звёзды в гало Млечного Пути, которые не имеют отношения к диску и исказили бы картину.

По двум наборам данных команда получила два близких результата: минимум возраста звёзд приходится на расстояние около 36 800 и 39 600 световых лет от центра. Диапазоны погрешностей перекрываются, что делает оценку более надёжной.

Откуда берутся звёзды за пределами Млечного Пута

За найденной границей звёзды не исчезают. Они просто все — старые путешественники. Существует как минимум два механизма, которые выталкивают звёзды за пределы «родного» диска.

Первый — спиральные волны. Рукава Млечного Пути — это не жёсткие структуры, а волны плотности, проходящие через газ и звёзды. Звезда, попавшая в такую волну, может постепенно сместиться наружу, как щепка, подхваченная волной на воде.

Второй механизм — взрывы сверхновых. Когда массивная звезда в двойной системе взрывается, её компаньон может получить мощный «пинок» и улететь далеко от места рождения. В некоторых случаях всё выглядит так, будто Млечный Путь выбрасывает звёзды за собственные пределы. Такие «сбежавшие звёзды» иногда разгоняются до сотен километров в секунду и оказываются за тысячи световых лет от своей колыбели.

Возраст звезд на диске уменьшается по мере удаления от центра до тех пор, пока звездообразование не прекратилось и все более удаленные звезды не начали мигрировать.

Именно поэтому за границей диска обнаруживаются звёзды ещё примерно на 10 000 световых лет дальше. Но все они пришли туда «изнутри», а не родились на месте.

Почему звёзды не формируются за пределами галактики

Интересно, что газ за пределами найденной границы всё ещё есть — и в заметных количествах. Более того, раньше учёные уже замечали, что в галактике слишком много газа, и это делает вопрос звёздообразования ещё сложнее. Почему из этого вещества не формируются новые звёзды именно за найденной чертой, пока неизвестно, однако у учёных есть два главных «подозреваемых».

Первый — центральный бар (перемычка) Млечного Пути. Его гравитационное влияние может заставлять газ скапливаться на определённом расстоянии, усиливая звёздообразование внутри этой зоны и подавляя его снаружи.

Второй — варп (изгиб) галактического диска. На больших расстояниях от центра плоскость Млечного Пути заметно изгибается, как поля шляпы. Этот изгиб может нарушать условия, необходимые для формирования звёзд: газ «разбалтывается» и не может собраться в достаточно плотные облака.

Так выглядит изгиб (варп) галактического диска — его внешние края заметно отклоняются от плоскости

Какой из механизмов главный — или оба действуют вместе — покажут будущие наблюдения, в том числе данные нового поколения обзоров 4MOST и WEAVE.

Где находится Солнечная система в Млечном Пути

Солнце расположено примерно в 26 000–27 000 световых лет от центра Млечного Пути и вместе с другими звёздами движется вокруг центра галактики. Край звёздообразующего диска, по новым данным, — на расстоянии около 40 000 световых лет. То есть мы находимся примерно на двух третях пути от центра до границы «живой» части галактики — там, где звёзды ещё могут рождаться.

Но нужно помнить: звёздообразующий диск — не единственная граница Млечного Пути. За его пределами остаются тысячи «мигрировавших» звёзд, шаровые скопления, газовые облака и огромное гало тёмной материи, которое простирается на сотни тысяч световых лет. Если считать по полному диаметру видимой части, Млечный Путь оценивают примерно в 100 000 световых лет. А вот масса тёмной материи, вероятно, распределена в сфере радиусом более 100 килопарсек.

Еще больше познавательных материалов вы найдете в нашем Telegram-канале. Обязательно подпишитесь!

Так что ответ на вопрос «где кончается галактика?» зависит от того, что именно мы считаем — только «живой» диск или всё, что гравитационно связано. Новое исследование дало ответ на первую часть этого вопроса — и это уже серьёзный шаг. Результаты опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics в открытом доступе, а значит, любой желающий может изучить данные и методику.