Млечный Путь имеет такую массу только из-за столкновений и слияний с другими галактиками. Это запутанный процесс, и мы видим, что то же самое происходит с другими галактиками по всей Вселенной. В настоящее время мы видим, как Млечный Путь кусает две свои галактики-спутники — Большое и Малое Магеллановы Облака. Их судьба, скорее всего, предрешена, и они будут поглощены нашей галактикой.
Исследователи полагали, что последнее крупное слияние произошло в далеком прошлом Млечного Пути, между 8 и 11 миллиардами лет назад. Но новые исследования подтверждают идею о том, что это произошло гораздо позже: менее 3 миллиардов лет назад.
Это новое понимание нашей галактической истории пришло благодаря миссии ЕКА «Гайя». Запущенный в 2013 году, Gaia активно картирует 1 миллиард астрономических объектов, в основном звезд. Он измеряет их неоднократно, устанавливая точные измерения их положения и движения.
Новые результаты представлены в новой статье, опубликованной в «Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества». Он озаглавлен «Обломки «последнего крупного слияния» динамично молоды». Ведущий автор — Томас Донлон, научный сотрудник в области физики и астрономии из Университета Алабамы, Хантсвилл. Донлон изучал слияния в Млечном Пути в течение нескольких лет и опубликовал другие работы по этому вопросу.
Каждый раз, когда другая галактика сталкивается и сливается с Млечным Путем, на ней остаются морщины. «Морщины», очевидно, не научный термин. Это общий термин для нескольких типов морфологий, включая складки фазового пространства, каустики, шевроны и оболочки. Эти морщины проходят через разные группы звезд Млечного Пути, влияя на то, как звезды движутся в пространстве. Измеряя положения и скорости этих звезд с большой точностью, Гайя может обнаружить морщины — отпечатки последнего крупного слияния.
«С возрастом мы становимся более морщинистыми, но наша работа показывает, что для Млечного Пути верно обратное. Это своего рода космический Бенджамин Баттон, который со временем становится менее морщинистым», — сказал ведущий автор Донлон в пресс-релизе. «Глядя на то, как эти морщины со временем исчезают, мы можем проследить, когда Млечный Путь пережил свое последнее большое крушение — и оказывается, что это произошло на миллиарды лет позже, чем мы думали».
Попытка понять последнее крупное слияние Млечного Пути (MW) требует различных доказательств. Одним из доказательств, наряду с морщинами, является область, богатая Fe/H, где звезды движутся по сильно эксцентричной орбите. Соотношение Fe/H звезды — это химический «отпечаток», и когда астрономы находят группу звезд с одинаковым «отпечатком» и одинаковыми орбитами, это является свидетельством общего происхождения. Эту группу звезд иногда называют «Всплеск». Звезды в Всплеске, возможно, произошли от прародителя, богатого Fe/H. У них странные орбиты, которые выделяются на фоне окружающей среды. Астрономы полагают, что они были нагреты, и их орбиты изменились в результате слияния.
Есть два конкурирующих объяснения всех свидетельств слияния.
Согласно одной из них, карликовая галактика-прародительница по имени Гайя Сосиска/Энцелад (GSE) столкнулась с протодиском MW между 8 и 11 миллиардами лет назад. Другое объяснение состоит в том, что за появление звезд во внутреннем гало ответственно событие под названием Радиальное слияние Девы (VRM). Это столкновение произошло гораздо позже, менее 3 миллиардов лет назад.
«Эти два сценария дают разные прогнозы относительно наблюдаемой структуры в локальном фазовом пространстве, потому что морфология обломков зависит от того, как долго им пришлось смешивать фазы», — объясняют авторы в своей статье.
Морщины на MW были впервые обнаружены в данных Gaia в 2018 году и представлены в этой статье. «Мы наблюдали формы различной морфологии, например, спираль, похожую на раковину улитки. Существование этих подструктур было обнаружено впервые благодаря беспрецедентной точности данных, полученных спутником Gaia от Европейского космического агентства (ESA)», — сказала Тереза Антоха, первый автор исследования, в 2018 году.
Но с 2018 года Gaia опубликовала больше данных и поддерживает более поздний сценарий слияния — радиальное слияние Девы. Эти данные показывают, что морщины встречаются гораздо чаще, чем предполагают более ранние данные и исследования, основанные на них.
«Чтобы морщины звезд были такими четкими, как они появляются в данных Гайи, они должны были присоединиться к нам менее 3 миллиардов лет назад — по крайней мере, на 5 миллиардов лет позже, чем считалось ранее», — сказала соавтор Хайди Джо Ньюберг из Политехнический институт Ренсселера. Если бы морщины были намного старше и соответствовали сценарию слияния GSE, их было бы труднее различить.
«Новые морщины звезд образуются каждый раз, когда звезды колеблются взад и вперед через центр Млечного Пути. Если бы они присоединились к нам 8 миллиардов лет назад, рядом друг с другом было бы так много складок, что мы бы больше не воспринимали их как отдельные объекты», — сказал Ньюберг.
Это не означает, что нет никаких доказательств более древнего слияния GSE. Некоторые звезды, намекающие на древнее слияние, могут быть связаны с недавним слиянием VRM, а некоторые все еще могут быть связаны со слиянием GSE. Это сложно понять, и моделирование играет большую роль. Исследователи в предыдущей работе и в этой работе провели несколько симуляций, чтобы увидеть, насколько они соответствуют доказательствам. «Наша цель — определить время, прошедшее с тех пор, как прародитель локальных складок фазового пространства столкнулся с МВ-диском», — пишут авторы в своей статье.
«Мы можем видеть, как формы и количество морщин меняются со временем, используя эти моделируемые слияния. Это позволяет нам определить точное время, когда моделирование лучше всего соответствует тому, что мы видим сегодня в реальных данных Gaia о Млечном Пути — метод, который мы также использовали в этом новом исследовании», — сказал Томас.
«Сделав это, мы обнаружили, что морщины, вероятно, были вызваны столкновением карликовой галактики с Млечным Путем около 2,7 миллиардов лет назад. Мы назвали это событие Радиальным Слиянием Девы». Эти результаты и название взяты из предыдущего исследования, проведенного в 2019 году.
Поскольку Gaia предоставляет больше данных с каждым выпуском, астрономы получают возможность лучше рассмотреть доказательства слияний. Становится ясно, что у MW сложная история.
В VRM, вероятно, участвовало более одного субъекта. Примерно в одно и то же время он мог привести в MW целую группу карликовых галактик и звездных скоплений. По мере того, как астрономы более детально изучают историю слияния MW, они надеются определить, какие из этих объектов принадлежат более позднему VRM, а какие — древнему GSE.
«В настоящее время история Млечного Пути постоянно переписывается, в немалой степени благодаря новым данным от Гайи», — добавляет Томас. «Наша картина прошлого Млечного Пути резко изменилась по сравнению с десятилетней давностью, и я думаю, что наше понимание этих слияний будет продолжать быстро меняться».
«Это открытие улучшает наши знания о многих сложных событиях, которые сформировали Млечный Путь, помогая нам лучше понять, как формируются и формируются галактики — в частности, наша домашняя галактика», — сказал Тимо Прусти, научный сотрудник проекта «Гайя» в ЕКА.
