Udało się wyznaczyć granice dysku gwiazdotwórczego Drogi Mlecznej
Astronomowie od dawna zastanawiali się, gdzie dokładnie leży krawędź naszej galaktyki. Nowe badanie opublikowane w czasopiśmie Astronomy & Astrophysics przynosi przekonujące dowody na to, że Droga Mleczna posiada wyraźną granicę dysku gwiazdotwórczego – i że udało się ją wreszcie zlokalizować.
Galaktyki dyskowe nie kończą się nagle. Wczesne obserwacje sugerowały nagłe zakończenie dysku galaktycznego, jednak późniejsze badania z użyciem fotometrii wykazały, że profile jasności galaktyk lepiej opisuje model wykładniczy z załamaniem. Jasność spada zgodnie z jednym schematem do pewnego promienia od centrum galaktyki, po czym tempo zaniku się zmienia. Galaktyki tego rodzaju – o takim profilu jasności – przynależą do Typu II, stanowią około 60% wszystkich galaktyk dyskowych we Wszechświecie. Czy Droga Mleczna należy do tej grupy? Odpowiedź nie była dotąd oczywista, głównie dlatego, że obserwujemy ją od środka – przez przesłaniający pył międzygwiezdny.
Zespół badaczy pod kierunkiem Karla Fiteniego przeanalizował dane o położeniu i wieku około 100 000 gwiazd. Wykorzystali w tym celu dwa niezależne przeglądy nieba, LAMOST-DR3 oraz APOGEE-DR17, uzupełnione o astrometrię z satelity Gaia. Badacze wybrali wyłącznie gwiazdy poruszające się po niemal kołowych orbitach blisko płaszczyzny galaktycznej, co pozwoliło wyeliminować stare gwiazdy halo, które mogłyby zaburzyć wyniki.
Okazało się, że średni wiek gwiazd nie zmienia się liniowo wraz z odległością od centrum galaktyki. Zamiast tego tworzy kształt litery U. W wewnętrznym dysku gwiazdy są tym starsze, im bliżej centrum – co odpowiada scenariuszowi stopniowego rozrostu galaktyki od środka ku zewnętrzu. Jednak w pewnym momencie trend się odwraca i gwiazdy w zewnętrznym dysku są tym starsze im dalej od środka.
Minimum tego profilu – punkt, w którym gwiazdy są średnio najmłodsze – wyznacza kluczowy promień. Dla próbki APOGEE wynosi on 11,28 ± 0,58 kpc, dla LAMOST zaś 12,15 ± 0,62 kpc. Oba wyniki są ze sobą zgodne w granicach niepewności pomiarowej.
Aby zrozumieć, co oznacza to minimum, badacze przeprowadzili symulacje numeryczne, w których uwzględnili zarówno izolowane galaktyki, jak i galaktyki, które powstały w wyniku zderzenia z mniejszym towarzyszem. We wszystkich modelach minimum profilu wiekowego pokrywało się z miejscem gwałtownego spadku tempa formowania gwiazd oraz z załamaniem profilu gęstości gwiezdnej – czyli właśnie z granicą dysku gwiazdotwórczego.
Mechanizm jest następujący: w obszarze wewnętrznym dysk wciąż aktywnie tworzy gwiazdy, a młodsze populacje dominują na większych odległościach od centrum dzięki wspomnianemu rozrostowi od środka. Za granicą formowania gwiazd nie powstają już nowe, młode gwiazdy. Obecne tam gwiazdy to wyłącznie te, które narodziły się w dysku wewnętrznym i z czasem przemigrowały na zewnątrz – a im dalej, tym dłuższa była ta wędrówka, więc przeciętnie im dalej, tym są starsze.
Autorzy wskazują kilka możliwych przyczyn zaniku procesów gwiazdotwórczych na granicy dysku. Jedną z nich jest dynamiczny wpływ poprzeczki galaktyki. Zewnętrzny rezonans Lindblada, czyli strefa, w której oddziaływanie poprzeczki z orbitami gwiazd jest szczególnie silne, wypada właśnie w okolicach 10–12 kpc. To właśnie w tej odległości poprzeczka mogła zaburzyć rozkład gazu w galaktyce. Inną możliwością jest termicznie regulowany próg formowania gwiazd. Gdy gęstość gazu spada poniżej pewnej wartości krytycznej, gaz pozostaje ciepły i nie zapada się pod własnym ciężarem, więc powstawanie gwiazd zostaje zatrzymane. Możliwość zaś trzecia, jest taka, że granica dysku gwiazdotwórczego może pokrywać się z początkiem zakrzywienia dysku galaktyki.
Droga Mleczna okazuje się więc galaktyką Typu II z załamaniem profilu gęstości gwiezdnej przy promieniu około 11–12 kiloparseków od centrum. Innymi słowy, w Drodze Mlecznej granica dysku gwiazdotwórczego – czyli obszaru, w którym powstają nowe gwiazdy – znajduje się w odległości 37–40 tysięcy lat świetlnych od centrum. Poza tą granicą gwiazdy istnieją, ale są to migranci, nie powstały w miejscach, w których się znajdują.
Ze szczegółami można zapoznać się w artykule The edge of the Milky Way’s star-forming disc: Evidence from a
‘U-shaped’ stellar age profile.
Komentarze (0)