Астрономы нашли остатки карликовой галактики «Локи» в плоскости Млечного Пути

Группа астрономов обнаружила 20 звезд в плоскости Млечного Пути, которые, вероятно, являются остатками древней карликовой галактики, названной ими «Локи». Ученые выяснили, что эти звезды, бедные металлами, имеют уникальный химический состав, отличающий их от других бедных металлами звезд в гало нашей галактики, и возникли в результате слияния небольшой, но энергичной галактики с ранним Млечным Путем.

Современный облик галактики Млечный Путь сформировался в результате последовательных слияний с более мелкими галактическими системами на протяжении миллиардов лет. Астрономы научились распознавать звезды, пришедшие из других галактик, по специфическим признакам: необычно вытянутым орбитам (высокому эксцентриситету) и характерному содержанию тяжелых элементов, отличному от «коренного» населения. Когда ученые находят скопления звезд со схожими свойствами, они могут реконструировать историю и свойства галактик-прародительниц.

В центре внимания недавнего исследования, опубликованного в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, оказалась выборка из 20 звезд, расположенных в плоскости Млечного Пути. Астрономы предположили, что эти звезды образовались совместно в одной карликовой галактике, которую условно назвали «Локи» (Loki), и эта галактика слилась с нашей на очень раннем этапе ее эволюции. Ключевой особенностью этих звезд является их бедность металлами, то есть они содержат очень мало тяжелых элементов. Однако особенность открытия в том, что по химическому составу они заметно отличаются от других бедных металлами звезд, которые обычно населяют гало Млечного Пути.

Важно понимать, что самые первые звезды во Вселенной состояли практически из чистого водорода и гелия. В их недрах синтезировались более тяжелые элементы, которые после взрывов сверхновых рассеивались в пространстве, обогащая газ для последующих поколений звезд. Поэтому звезды с крайне низким содержанием металлов считаются реликтами ранней Вселенной, а населяющие их карликовые галактики — строительными блоками, из которых формировались крупные системы.

Считается, что самые древние, бедные металлами звезды должны концентрироваться во внутренних областях Млечного Пути, тогда как звезды, добавленные при более поздних аккрециях, остаются во внешнем гало. Однако наблюдения показывают, что большинство известных звезд с очень низким содержанием металлов находится именно в гало, а не в плоскости галактики. Некоторые данные также указывают на то, что звезды с ретроградным (обратным по отношению к общему вращению галактики) движением могли сформироваться рано, а звезды с прямым движением были добавлены позже.

В данном исследовании ученые детально изучили химические свойства 20 бедных металлами звезд в плоскости Млечного Пути. В этой группе присутствовали как звезды с прямым, так и с ретроградным движением, и все они демонстрировали довольно высокие эксцентриситеты орбит. Команда сравнила их химический состав с составом звезд гало, звезд известных карликовых галактик и с модельными популяциями, полученными при численном моделировании.

Результат оказался показательным: химический «отпечаток» этих 20 звезд свидетельствует об обогащении среды в результате взрывов очень энергичных сверхновых (так называемых гиперновых), а также активности быстро вращающихся массивных звезд и слияний нейтронных звезд. При этом отсутствовали признаки обогащения от взрывов белых карликов. Такое сочетание указывает на происхождение в короткоживущей, но очень энергичной карликовой галактике, которая интенсивно производила тяжелые элементы в ходе быстрого всплеска звездообразования. Важно, что химические характеристики оказались сходными и у звезд с прямым, и у звезд с ретроградным движением, что убедительно говорит об их общем происхождении от одной родительской галактики.

Авторы исследования подчеркивают, что эти 20 звезд имеют значительно более узкое распределение относительного содержания различных элементов (например, отношение альфа-элементов к железу), чем типичные бедные металлами звезды в гало или балдже (центральном утолщении) Млечного Пути. Такое распределение характерно для химической эволюции в замкнутой системе, а не для двух разных систем с различной историей обогащения.

Хотя астрономы рассматривали альтернативную версию, что звезды с прямым и ретроградным движением могли произойти из двух различных карликовых галактик, эта гипотеза признана маловероятной. Если бы речь шла о двух системах, они должны были бы иметь практически идентичную химическую историю, что маловероятно, а общая барионная (звездная плюс газовая) масса оказалась бы вдвое больше, чем в случае единой галактики «Локи». Таким образом, все данные согласуются с тем, что перед нами единая карликовая галактика, слившаяся с Млечным Путем и ныне «спрятанная» среди звезд галактической плоскости.

В итоге работа астрономов показывает, что древняя карликовая галактика «Локи», состоящая из бедных металлами звезд с высокими эксцентриситетами орбит как прямого, так и ретроградного движения, была поглощена Млечным Путем на раннем этапе его формирования. Ее остатки сегодня обнаружены не в гало, а в плоскости нашей галактики, что открывает новое окно для понимания процессов «сборки» крупных галактик из малых «строительных блоков» в ранней Вселенной. Будущие крупные спектроскопические обзоры, такие как WEAVE и 4MOST, помогут найти больше подобных звезд и уточнить историю этого слияния.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях