Удивительное открытие об эволюции нашей галактики с использованием данных миссии Gaia

Машинное обучение пролило новый свет на историю формирования Млечного Пути: удивительное открытие об эволюции нашей галактики с использованием данных миссии Gaia обнаружило большое количество древних звезд на орбитах, аналогичных орбитам Солнца. Они сформировали тонкий диск Млечного Пути уже менее чем через 1 миллиард лет после Большого взрыва, на несколько миллиардов лет раньше, чем считалось.

Галактика Млечный Путь имеет большое гало, центральную балдж и перемычку, толстый и тонкий диск. Большинство звезд расположены в так называемом тонком диске Млечного Пути и следуют организованному вращению вокруг галактического центра. Звезды среднего возраста, такие как Солнце с возрастом 4,6 миллиарда лет, принадлежат тонкому диску, который, как обычно считалось, начал формироваться примерно 8–10 миллиардов лет назад.

Понимание того, как образовался Млечный Путь, является основной целью галактической археологии. Для этого необходимы подробные карты Галактики, показывающие возраст, химический состав и движение звезд. Эти карты, известные как хроно-хемо-кинематические карты, помогают собрать воедино историю нашей Галактики. Создание таких подробных карт является сложной задачей, поскольку требует больших наборов данных о звездах с точно известным возрастом.

Один из распространенных подходов к решению этой проблемы — изучение старых звезд с очень низким содержанием металлов, которые открывают окно в ранний Млечный Путь.

Звезды с очень низким содержанием металлов, как известно, старые, потому что они были одними из первых звезд, образовавшихся, когда Вселенная еще в основном состояла из водорода и гелия, до того, как многие более тяжелые элементы были созданы и распространены следующими поколениями звезд.

Используя набор данных миссии Gaia Европейского космического агентства (ESA), международная группа ученых под руководством астрономов из Потсдамского института астрофизики Лейбница (AIP) изучала звезды в окрестностях Солнца, на расстоянии около 3200 световых лет от него.

Они обнаружили удивительное количество очень старых звезд на орбитах тонкого диска; возраст большинства из них превышает 10 миллиардов лет, а некоторым даже больше 13 миллиардов лет. Эти древние звезды демонстрируют широкий диапазон металлического состава: некоторые из них очень бедны металлами (как и ожидалось), в то время как другие содержат в два раза больше металлов, чем гораздо более молодое Солнце, что указывает на то, что быстрое обогащение металлами происходило на ранней стадии эволюции Млечного Пути.

«Эти древние звезды в диске позволяют предположить, что формирование тонкого диска Млечного Пути началось гораздо раньше, чем считалось, примерно на 4-5 миллиардов лет», — объясняет Самир Непал из AIP и первый автор исследования.

«Исследование также подчеркивает, что в нашей галактике в ранние эпохи наблюдалось интенсивное звездообразование, что привело к очень быстрому обогащению металлами во внутренних областях и образованию диска. Это открытие выравнивает временную шкалу формирования диска Млечного Пути с временной шкалой формирования диска галактик с большим красным смещением, наблюдаемой телескопом Джеймс Уэбб (JWST) и радиотелескопом ALMA. Это указывает на то, что тонкие диски могут формироваться и стабилизироваться на очень ранних этапах истории Вселенной, что дает новое понимание эволюции галактик».

«Наше исследование предполагает, что тонкий диск Млечного Пути, возможно, сформировался намного раньше, чем мы думали, и что его формирование тесно связано с ранним химическим обогащением самых внутренних областей нашей Галактики», — объясняет Кристина Кьяппини, автор работы.

«Сочетание данных из разных источников и применение передовых методов машинного обучения позволило нам увеличить количество звезд с высококачественными звездными параметрами, что является ключевым шагом на пути нашей команды к этим новым открытиям».

Результаты стали возможными благодаря третьему выпуску данных миссии Gaia. Команда ученых проанализировала звездные параметры более чем 800 000 звезд, используя новый метод машинного обучения, который объединяет информацию из различных типов данных для обеспечения улучшенных звездных параметров с высокой точностью.

Эти точные измерения включают гравитацию, температуру, содержание металлов, расстояния, кинематику и возраст звезд. В будущем аналогичный метод машинного обучения будет использоваться для анализа миллионов спектров, собранных в ходе обзора 4MIDABLE-LR с помощью 4-метрового многообъектного спектроскопического телескопа (4MOST), работа которого начнется в 2025 году.

Статья об исследовании принята к публикация в Astronomy and Astrophysicals и доступна на сервере препринтов arXiv.