Млечный Путь на заре истории столкнулся с Кракеном
Ученым уже давно известно, что галактики могут расти за счет слияния более мелких галактик, но происхождение нашей собственной галактики Млечный Путь было давней загадкой. Теперь международной команде астрофизиков удалось восстановить первое полное генеалогическое древо нашей родной галактики, проанализировав свойства шаровых скоплений, вращающихся вокруг Млечного Пути, с помощью искусственного интеллекта.
Шаровые скопления — это плотные группы, состоящие из миллиона звезд, возраст которых почти равен возрасту самой Вселенной.
В Млечном Пути находится более 150 таких скоплений, многие из которых образовались в более мелких галактиках, которые слились в галактику, в которой мы живем сегодня. На протяжении десятилетий астрономы подозревали, что древний возраст шаровых скоплений будет означать, что они могут быть использованы в качестве «окаменелостей» для реконструкции ранних историй сборки галактик. Однако реализовать это обещание стало возможно только с помощью новейших моделей и наблюдений.
Международная группа исследователей во главе с доктором Дидериком Крюйссеном из Центра астрономии Гейдельбергского университета (ZAH) и доктором Джоэлом Пфеффером из Ливерпульского университета Джона Мура теперь сумела вывести историю слияния Млечного Пути и восстановить его генеалогическое древо, используя шаровые скопления.
Чтобы добиться этого, они разработали набор передовых компьютерных моделей формирования галактик, подобных Млечному Пути. Их симуляции, называемые E-MOSAICS, уникальны, потому что они включают полную модель образования, эволюции и разрушения шаровых скоплений.
В ходе моделирования исследователи смогли связать возраст, химический состав и орбитальные движения шаровых скоплений со свойствами галактик-прародителей, в которых они образовались более 10 миллиардов лет назад.
Применяя эти идеи к группам шаровых скоплений в Млечном Пути, они могли не только определить, сколько звезд содержали эти галактики-прародители, но также и то, когда они слились в Млечный Путь.
«Основная проблема, связанная со связью свойств шаровых скоплений с историей слияния их родительских галактик, всегда заключалась в том, что сборка галактик является чрезвычайно запутанным процессом, во время которого орбиты шаровых скоплений полностью перетасовываются», — объясняют ученые.
«Чтобы понять сложную систему, которая имеется сегодня, мы решили использовать искусственный интеллект. Мы обучили искусственную нейронную сеть на моделировании E-MOSAICS, чтобы связать свойства шарового скопления с историей слияния родительских галактик. Мы протестировали алгоритм десятки тысяч раз во время моделирования и были поражены тем, насколько точно удалось восстановить истории слияния смоделированных галактик, используя только их популяцию шаровых скоплений».
Вдохновленные этим успехом, исследователи решили расшифровать историю слияния Млечного Пути. Для этого они использовали группы шаровых скоплений, каждое из которых, как считается, сформировалось в одной и той же галактике-прародительнице на основании их орбитального движения.
Применяя нейронную сеть к этим группам шаровых скоплений, исследователи смогли не только с высокой точностью предсказать звездные массы и время слияния галактик-прародителей, но также выявили ранее неизвестное столкновение между Млечным путем и загадочной галактикой, которую ученые назвали «Кракен».
«Столкновение с Кракеном, должно быть, было самым значительным слиянием в истории Млечного Пути», — добавляет Дидерик Крюйссен.
«Раньше считалось, что столкновение с галактикой Gaia-Enceladus-Sausage, которое произошло около 9 миллиардов лет назад, было крупнейшим событием столкновения. Однако слияние с Kraken произошло 11 миллиардов лет назад, когда Млечный Путь был в четыре раза менее массивным. В результате столкновение с Кракеном должно быть действительно изменило то, как выглядел Млечный Путь в то время».
Взятые вместе, эти результаты позволили группе исследователей восстановить первое полное дерево слияний нашей Галактики. За свою историю Млечный Путь поглотил около пяти галактик с более чем 100 миллионами звезд и около пятнадцати с не менее чем 10 миллионами звезд.
Самые массивные галактики-прародители столкнулись с Млечным путем от 6 до 11 миллиардов лет назад.
Ученые ожидают, что их предсказания послужат стимулом для будущих исследований по поиску остатков этих галактик-прародителей. «К настоящему времени идентифицированы обломки более пяти галактик-прародителей. С помощью нынешних и будущих телескопов можно будет найти их все», — заключает Дидерик Крюйссен.
J M Diederik Kruijssen et al. Kraken reveals itself – the merger history of the Milky Way reconstructed with the E-MOSAICS simulations, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2020). DOI: 10.1093/mnras/staa2452