Korzystając z danych zebranych przez Kosmiczny Teleskop Gaia astronomowie wykazali, że pewne obszary Drogi Mlecznej są starsze od reszty i zaczęły formować się zaledwie 0,8 miliarda lat po Wielkim Wybuchu, około dwa miliardy lat wcześniej, niż do tej pory sądzono.
Naukowcy z Instytutu Astronomii im. Maxa Plancka w Heidelbergu w Niemczech przeanalizowali dane zebrane przez misję Gaia należącą do Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA). Porównali je z wcześniejszymi zestawami danych z obserwacji ruchu gwiazd na obrzeżach galaktyki. Astronomowie wykorzystali również dane z chińskiego teleskopu LAMOST (Large Sky Area Multi-Object Fibre Spectroscopic Telescope) do obliczenia wieku około 250 tys. gwiazd. Z analiz tych wynika, że gwiazdy w tzw. grubym dysku galaktyki zaczęły formować się około dwa miliardy lat wcześniej, niż do tej pory uważano.
Dotychczasowe szacunki mówiły, że Droga Mleczna zaczęła powstawać około 11 miliardów lat temu. Jednak nowe ustalenia wskazują, że pewne jej części są starsze i zaczęły formować się 13 miliardów lat temu, zaledwie 0,8 miliarda lat po Wielkim Wybuchu.
Wyniki analiz ukazały się na łamach pisma „Nature” (DOI: 10.1038/s41586-022-04496-5).
Główni autorzy publikacji - Maosheng Xiang oraz Hans-Walter Rix – skorzystali z danych zebranych przez Kosmiczne Obserwatorium Gaia dotyczących jasności i położenia gwiazd. Połączyli je z pomiarami zawartości metali w składzie chemicznym gwiazd. Dane te, dla 250 tys. obiektów, zaczerpnęli z chińskiego teleskopu LAMOST. Dzięki temu mogli ustalić wiek badanych gwiazd.
Dokładnie przyglądnęli się gwiazdom wchodzącym w stadium czerwonego olbrzyma. Ponieważ faza podolbrzymów, w której gwiazdy kończą wypalać paliwo wodorowe w swoich jądrach, jest stosunkowo krótką przemianą ewolucyjną w życiu gwiazdy, pozwala ona na określenie jej wieku z dużą dokładnością, choć nie jest to łatwe.
Wieku gwiazdy nie można zmierzyć bezpośrednio, ale należy wywnioskować, porównując charakterystykę gwiazdy z komputerowymi modelami ewolucji gwiazd. We wczesnym Wszechświecie był wyłącznie wodór i hel. Inne pierwiastki chemiczne powstają wewnątrz gwiazd i rozsiewane są w przestrzeni kosmicznej wraz z końcem życia gwiazdy, co manifestuje się ogromną eksplozją, znaną jako supernowa. W ten sposób cięższe pierwiastki, przede wszystkim metale, mogą zostać włączone do następnej generacji gwiazd. Tak więc starsze gwiazdy mają mniej metali i niższą metaliczność. Dane z LAMOST pokazują metaliczność gwiazd. Razem jasność i metaliczność pozwalają astronomom ustalić wiek gwiazdy.
Znając dokładny wiek ćwierć miliona gwiazd rozsianych po całej galaktyce, Xiang oraz Rix rozpoczęli analizę. Nasza galaktyka składa się z różnych komponentów. Ogólnie można je podzielić na halo i dysk. Halo to sferyczny obszar otaczający dysk i tradycyjnie uważany jest za najstarszy składnik galaktyki. Dysk składa się z dwóch części: cienkiego dysku i grubego dysku. Cienki dysk zawiera większość gwiazd, które widzimy, ma grubość kilkuset lat świetlnych i otoczony jest większą strukturą, zwaną grubym dyskiem, która zawiera zaledwie kilka procent gwiazd Drogi Mlecznej.
Na zdjęciu budowa galaktyki z wyszczególnionym galaktycznym halo, grubym dyskiem (thick disk) cienkim dyskiem (thin disk), zgrubieniem i galaktycznym centrum. Zaznaczone jest także Słońce. Fot. Gaba p/Wikimedia Commons/CC BY-SA 3.0.
Identyfikując gwiazdy przechodzące etap ewolucji z podolbrzymów do olbrzymów w różnych regionach galaktyki, naukowcy byli w stanie zbudować oś czasu formowania się Drogi Mlecznej i wtedy dostrzegli niespodziankę – formowanie się Drogi Mlecznej wyraźnie przebiegało w dwóch odrębnych fazach.
W pierwszej, która rozpoczęła się zaledwie 0,8 miliarda lat po Wielkim Wybuchu, w grubym dysku zaczęły formować się pierwsze gwiazdy. Proces ten gwałtownie przyspieszył około dwa miliardy lat później, kiedy galaktyka karłowata znana jako Gaia-Sausage połączyła się z Drogą Mleczną. Wypełniła halo gwiazdami i, jak wyraźnie pokazała nowa praca, spowodowała, że powstający gruby dysk uformował większość swoich gwiazd. Cienki dysk, w którym znajduje się Słońce, powstał w kolejnej, drugiej fazie formowania się galaktyki.
