Gaia: nowy wgląd w ewolucję Galaktyki

Naukowcy wykazali, że ubogie w metale gwiazdy znajdujące się wewnątrz galaktycznej orbity słonecznej – drogi Słońca wokół centrum Naszej Galaktyki – mogą zawierać znaczne nadwyżki magnezu. Sugeruje to, że obszary Galaktyki położone wewnątrz orbity Słońca zawierały więcej gwiazd, które żyły szybko i zakończyły życie w młodym wieku.
Źródło: University of Cambridge

Wstępne wyniki analizy pierwszych danych z projektu Gaia - ESO sugerują, że Droga Mleczna powstawała od środka, stopniowo ekspandując na zewnątrz. Daje to także nowy wgląd w procesy formowania się i grupowania materii w obrębie Galaktyki.

Niedawny przełom w wykorzystaniu danych z projektu Gaia dał naukowcom dowody świadczące na rzecz pewnego teoretycznego modelu, opisującego podział składu chemicznego tych gwiazd, które utworzyły dysk Drogi Mlecznej – rozległy obszar pełen gigantycznych obłoków gazowych i miliardów gwiazd, który nadaje Naszej Galaktyce charakterystyczny kształt latającego spodka. Można było dzięki temu prześledzić ewolucję najszybciej wyprodukowanych pierwiastków – głównie magnezu, i na tej podstawie określić, jak szybko formowały się różne obszary Galaktyki. Wynik jest bardzo interesujący – gwiazdy z wewnętrznych rejonów dysku powstały jako pierwsze, co jest dość silnym dowodem na to, że Galaktyka rozwijała się „od środka na zewnątrz”.

Jak to zrobiono w praktyce? Pomógł jeden z największych teleskopów optycznych świata, 8-metrowy VLT z Chile, dzięki któremu naukowcy mobli z bardzo bliska przyjrzeć się gwiazdom o różnych wiekach i z róznymi położeniami w obrębie dysku Naszej Galaktyki. Na podstawie tych obserwacji wyznaczono ich metaliczność: procentową zawartość pierwiastków innych niż wodów i hel - główne budulce gwiazd. Niedługo po Wielkim Wybuchu Wszechświat składał się jedynie z nich, a inne, cięższe pierwiastki powstawały powoli, z czasem. Na skutek tego starsze wiekiem gwiazdy zawierają mniej ciężkich pierwiastków – mają mniejszą metaliczność. Większa zawartość „metali” w młodych gwiazdach wynika z tego, że tworzyły się one z materii raz już „przerobionej” we wnętrzach starszych gwiazd, gdzie panowały temperatury umożliwiające produkcję węgla, tlenu, żelaza i innych pierwiastków. Bardzo masywne gwiazdy, które żyją krótko, wybuchają na przykład jako supernowe, rozsiewając przy okazji po ośrodku międzygwiazdowym duże ilości wzbogaconej w ten sposób materii.

Naukowcy wykazali, że starsze, mało metaliczne gwiazdy okrążające centrum Galaktyki wewnątrz orbity Słońca są dużo bardziej bogate w magnez. Sugeruje to, że cały obszar leżący wewnątrz tej orbity zawierał o wiele więcej gwiazd, które żyły szybko i umarły w młodym wieku. Z kolei gwiazdy „z zewnątrz” słonecznej orbity są młodsze, uboższe w metale, z zaskakująco mniejszą zawartością magnezu, nawet w porówaniu z ich generalnie niską metalicznością. Co jeszcze to oznacza? Gwiazdy musiały w obrębie dysku ewoluować z różną prędkością – bardziej efektywnie w centrum i jego pobliżu, a dużo wolniej poza orbitą Słońca.

To odkrycie daje nam też nowy wgląd w historię grupowania się materii Naszej Galaktyki, a także szeroko dyskutowaną kwestię istnienia tzw. „podwójnej struktury” w jej dysku – czyli dysku „grubego” i „cienkiego”. „Cienki dysk” miałby być obszarem formowania się ramion spiralnych, obloków gazu i młodych gwiazd, czyli wszystkich obiektów młodszych. Astronomowie podejrzewają jednak od dawna, że istnieje drugi, grubszy i krótszy dysk. Ma on składać się z wielu starszych gwiazd o niskiej metaliczności.

Podsumowując – naukowcy biorący udział w tym projekcie odkryli, że

  • Gwiazdy młodego, "cienkiego" dysku mają wieki z zakresu 0 -- 8 miliardów lat i podobny stopień metaliczności niezależnie od wieku; wiele z nich można uznać za bogate w metale,

  • Istnieje stopniowy spadek metaliczności dla gwiazd o wieku większym niż 9 miliardów lat, charakterystycznych dla 'grubego' dysku, nie ma w nim gwiazd o wyskiej metaliczności.

  • Gwiazdy o innych wiekach i metalicznościach są porozrzucane po obszarach obu dysków.

Oznacza to, że powyższy podział na dyski nie jest ścisły i nie można wskazać wyraźnej granicy pomiędzy nimi. Tak czy inaczej jednak wewnętrzne obszarygrubszego” dysku Galaktyki powstały dużo gwałtowniej niż te w „cienkim” dysku, który zdaje się dominować w bliskim sąsiedztwie Słońca.

„Grubszy” dysk, po raz pierwszy zaproponowany około 30 lat temu przez Gilmore'a, mógł powstać na wiele sposób – na przykład poprzez istnienie dużych niestabilności grawitacyjnych, które konsumowały karłowate galaktyki satelitarne. Wiemy, że takie procesy zachodziły podczas formowania się Galaktyki. Dzisiaj, mając dostęp do danych przeglądu Gaia-ESO, możemy już o wiele dokładniej zbadać ślady, jakie pozostały po tych dawnych kataklizmach. W ciągu kilku następnych lat dane te będą skompletowane i przeanalizowane pod kątem położeń i ruchów gwiazd – może to zrewolucjoniwać naszą wiedzę o Galaktyce.

Cały artykuł: M. Bergemann, G. Ruchti, A. Serenelli et al., The Gaia-ESO Survey: radial metallicity gradients and age-metallicity relation of stars in the Milky Way disk. Astronomy and Astrophysics, styczeń 2014

Źródło: Elżbieta Kuligowska | Źródło: sciencedaily.com

Liczba odsłon: 1681