Sonda Gaia objavila, že niektoré časti Galaxie sú staršie ako sa myslelo

  • Marcel Škreka | 27 Apríl 2022
    Galaxie a hlboký vesmír
Na vytvorenie tejto mapy celej oblohy boli použité údaje z viac ako 1,8 miliardy hviezd. Zobrazuje celkovú jasnosť a farbu hviezd pozorovaných sondou Gaia. Jasnejšie oblasti predstavujú hustejšie koncentrácie jasných hviezd, zatiaľ čo tmavšie oblasti zodpovedajú miestam na oblohe, kde je pozorovaných menej a slabších hviezd. Kredit: ESA/Gaia/DPAC; CC BY-SA 3.0 IGO, Poďakovanie: A. Moitinho
Pomocou údajov zo sondy Gaia astronómovia ukázali, že časť Galaxie známa ako „hrubý disk“ sa začala formovať pred 13 miliárd rokmi, asi o 2 miliardy rokov skôr, ako sa očakávalo a len 0,8 miliardy rokov po Veľkom tresku.

Autormi tohto prekvapivého tvrdenia sú Maosheng Xiang a Hans-Walter Rix z Max-Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Nemecko. K zisteniu veku hviezd použili údaje sondy Gaia (jasnosti a polohy) a údaje z čínskeho ďalekohľadu LAMOST (chemické zloženie) pre približne 250 000 hviezd.

Skúmali len podobrie hviezdy. V týchto hviezdach sa produkcia energie presunula z jadra do obalu hviezdy a hviezda sa mení na červeného obra. Pretože fáza podobra je relatívne krátka, umožňuje určiť vek hviezdy s veľkou presnosťou. Stále sa však jedná o zložitý výpočet.

Vek hviezdy je jedným z najťažšie zistiteľných parametrov. Nedá sa merať priamo, ale musí sa odvodiť porovnaním charakteristík hviezdy s počítačovými modelmi hviezdneho vývoja. K tomu pomáhajú údaje o zložení. Vesmír sa zrodil takmer výlučne s vodíkom a héliom. Ostatné chemické prvky, astronómom súhrnne známe ako kovy, vznikajú vo vnútrach hviezd. Na konci ich života sú vyvrhnuté späť do vesmíru, kde sa môžu stať súčasťou ďalšej generácie hviezd. Takže staršie hviezdy majú menej kovov: majú nižšiu metalicitu.

Pozorovania z LAMOST obsahujú údaje o metalicite. Tá spolu s jasnosťou hviezdy umožní pomocou počítačových modelov určiť jej vek. Pred Gaiou astronómovia bežne pracovali s neistotou 20-40%, čo mohlo viesť k chybe vo veku hviezdy presahujúcej miliardu rokov.

Zmenili to až údaje zo sondy Gaia. "S údajmi o jasnosti sme schopní určiť vek podobra s presnosťou na niekoľko percent," hovorí Maosheng. Maosheng a Hans-Walter začali analýzu vyzbrojení presným vekom pre štvrť milióna podobrov rozmiestnených po celej Galaxii.

Naša Galaxia sa skladá z rôznych častí. Vo všeobecnosti ju delíme na halo a disk. Halo je sférická oblasť obklopujúca disk a tradične sa považuje za najstaršiu zložku Galaxie. Disk sa skladá z dvoch častí: tenkého disku a hrubého disku. Tenký disk obsahuje väčšinu hviezd, ktoré vidíme ako hmlistý pás svetla na nočnej oblohe, ktorý nazývame mliečna dráha. Hrubý disk je viac ako dvojnásobne hrubý, ale má menší polomer a v okolí Slnka obsahuje len niekoľko percent hviezd Galaxie.

Identifikáciou podobrov v týchto oblastiach sa vedcom podarilo vytvoriť časovú os formovania Galaxie – a vtedy zažili prekvapenie.

Veky hviezd odhalili, že formovanie Galaxie sa udialo v dvoch odlišných fázach. V prvej fáze, ktorá začala len 0,8 miliardy rokov po Veľkom tresku, sa začali v hrubom disku vytvárať hviezdy. V tomto štádiu sa mohli tiež začať spájať vnútorné časti hala, ale proces sa prudko zrýchlil a skončil asi o dve miliardy rokov neskôr, keď sa trpasličia galaxia známa ako Gaia-Sausage-Enceladus spojila s Galaxiou. Naplnila halo hviezdami a ako odhalila nová práca, spustila formovanie väčšiny hviezd hrubého disku. Tenký disk, v ktorom sa nachádza aj Slnko, vznikol počas následnej druhej fázy formovania Galaxie.

Analýza tiež ukazuje, že zrod veľkého počtu hviezd, ktorý odštartovalo zlúčenie s Gaia-Sausage-Enceladus, pokračoval do obdobia asi 6 miliárd rokov po Veľkom tresku, kým sa nespotreboval všetok plyn. Počas tejto doby metalicita hrubého disku vzrástla viac ako 10-násobne. Pozoruhodné však je, že výskumníci objavili veľmi tesný vzťah medzi vekom hviezd a metalicitou. Z toho vyplýva, že počas tohto obdobia bol plyn vytvárajúci hviezdy v celom disku dobre premiešaný. To znamená, že oblasti diskov mladej Galaxie museli byť vytvorené z vysoko turbulentného plynu, ktorý efektívne šíril kovy široko ďaleko.

Skorší vek formovania hrubého disku poukazuje na iný obraz ranej histórie Galaxie. „Od objavu dávneho spojenia s Gaia-Sausage-Enceladus v roku 2018 mali astronómovia podozrenie, že disk vznikol už pred vytvorením hala, ale nemali sme jasný obraz o tom, ako táto Galaxia vyzerala. Naše výsledky poskytujú vynikajúce podrobnosti o tejto časti Galaxie, ako je doba jej vzniku, rýchlosť tvorby hviezd a história obohacovania kovmi. Spojenie týchto objavov pomocou údajov Gaia znamená revolúciu v našom obraze o tom, kedy a ako vznikla naša Galaxia.“ hovorí Maosheng.

A možno sa ešte nepozeráme dostatočne ďaleko do vesmíru, aby sme videli, ako sa tvoria podobné galaktické disky. Vek 13 miliárd rokov zodpovedá červenému posunu 7, pričom červený posun je mierou toho, ako ďaleko je nebeský objekt, a teda ako dlho jeho svetlu trvalo, kým prešlo priestorom a dostalo sa k nám.

Nové pozorovania by mohli prísť v blízkej budúcnosti, pretože vesmírny ďalekohľad Jamesa Webba bol optimalizovaný tak, aby videl najskoršie galaxie vo vesmíre podobné tej našej. A 13. júna tohto roku budú k dispozícii ďalšie údaje zo sondy Gaia. Tento katalóg bude obsahovať spektrá a odvodené informácie, ako je vek a metalicita, vďaka čomu budú štúdie ako Maosheng ešte jednoduchšie.

„S každou novou analýzou a zverejnením údajov nám Gaia umožňuje poskladať históriu našej Galaxie do ešte jemnejších detailov. Po 13. júni budú môcť astronómovia obohatiť príbeh o ešte viac detailov,“ hovorí Timo Prusti, projektový vedec Gaia pre ESA.