Чумацький Шлях не однорідний

Астрономи спостерігали за складом газів у нашій галактиці та показали, що, всупереч встановленим досі моделям, вони не є однорідно змішаними.

Про це розповідають в Женевському університеті (UNIGE).

Для того, щоб краще зрозуміти історію та еволюцію Чумацького Шляху, астрономи вивчають склад газів та металів, з яких складається важлива частина нашої галактики. Виділяються три основні елементи: первинний газ, що надходить ззовні нашої галактики, газ між зорями всередині нашої галактики — збагачений хімічними елементами — та пил, що утворюється при конденсації металів, присутніх у цьому газі.

До цього часу теоретичні моделі припускали, що ці три елементи однорідно змішуються по всьому Чумацькому Шляху і досягають рівня хімічного збагачення, подібного до атмосфери Сонця, що називається сонячною металічністю. Зараз група астрономів UNIGE демонструє, що ці гази перемішані не так сильно, як вважалося раніше, що має сильний вплив на сучасне розуміння еволюції галактик. В результаті, моделювання еволюції Чумацького Шляху доведеться змінити. Результати дослідження були опубліковані в журналі Nature.

Галактики складаються зі скупчень зірок та утворюються в результаті конденсації газу міжгалактичного середовища, що складається переважно з водню та трохи гелію. Цей газ не містить металів на відміну від газу в галактиках — в астрономії всі хімічні елементи, важчі за гелій, прийнято називати «металами», хоча вони є атомами в газоподібній формі.

«Галактики підживлюються “незайманим” газом, який потрапляє ззовні, що омолоджує їх та дозволяє формувати нові зорі», - пояснює Анналіса Де Чіа, професор кафедри астрономії факультету наук UNIGE, перший автор роботи.

Водночас зорі спалюють водень протягом усього свого життя та утворюють інші елементи шляхом нуклеосинтезу. Коли зоря, яка досягла кінця свого життя, вибухає, вона викидає вироблені метали, такі як залізо, цинк, вуглець та кремній, подаючи ці елементи в газ галактики. Потім ці атоми можуть конденсуватися в пил, особливо в більш холодних та щільних частинах галактики.

«Спочатку, коли Чумацький Шлях утворився, понад 10 мільярдів років тому, у ньому не було металів. Потім зорі поступово збагачували навколишнє середовище металами, які вони виробляли», - продовжує дослідниця. Коли кількість металів у цьому газі досягає рівня, який присутній у Сонці, астрономи говорять про сонячну металічність.

Не настільки однорідне середовище

Таким чином, середовище, що входить до складу Чумацького Шляху, об’єднує метали, вироблені зорями, частинки пилу, що утворилися з цих металів, а також гази з-за меж галактики, які регулярно надходять до нього.

«Дотепер теоретичні моделі вважали, що ці три елементи однорідно змішуються та досягають сонячного складу скрізь у нашій галактиці, з незначним збільшенням металічності в центрі, де зорі більш численні», - пояснює Патрік Петітжан, дослідник з Паризького інституту астрофізики, Університету Сорбонни. «Ми захотіли спостерігати за цим детально, використовуючи ультрафіолетовий спектрограф на космічному телескопі Хаббл».

Спектроскопія дозволяє відокремити світло від зірок на окремі кольори та частоти, що трохи схоже на призму або веселку. У цьому розкладеному світлі астрономи особливо зацікавлені в лініях поглинання: «Коли ми спостерігаємо зорю, метали, з яких складається газ між зорею та нами, поглинають дуже невелику частину світла характерним чином, на певній частоті, що дозволяє нам не тільки визначити їх присутність, але й сказати, який це метал та наскільки його багато», - продовжує він.

Новий метод, розроблений для спостереження за загальною металічністю

Протягом 25 годин група вчених спостерігала за атмосферою 25 зірок за допомогою телескопа Хаббла та Дуже великого телескопа у Чилі. Проблема? Пил неможливо порахувати за допомогою цих спектрографів, навіть якщо він містить метали. Тому команда Анналіси Де Чіа розробила нову методику спостереження.

«Вона передбачає врахування загального складу газу та пилу шляхом одночасного спостереження за кількома елементами, такими як залізо, цинк, титан, кремній та кисень», - пояснює дослідниця з Женеви. «Тоді ми можемо простежити кількість металів, присутніх у пилі, та додати її до тієї, яка вже визначена кількісно за попередніми спостереженнями, щоб отримати загальну кількість».

Завдяки цій подвійній методиці спостережень, астрономи виявили, що середовище Чумацького Шляху не тільки не однорідне, а й що деякі досліджувані території досягають лише 10% сонячної металевості.

«Це відкриття відіграє ключову роль у розробці теоретичних моделей щодо утворення та еволюції галактик», - каже Йенс-Крістіан Крогагер, науковий співробітник кафедри астрономії UNIGE. «Відтепер нам доведеться вдосконалювати моделювання шляхом збільшення роздільної здатності, щоб ми могли включити ці зміни в металічності у різних місцях Чумацького Шляху».

Ці результати чинять сильний вплив на наше розуміння еволюції галактик та нашої, зокрема. Дійсно, метали відіграють фундаментальну роль у формуванні зір, космічного пилу, молекул та планет. І тепер ми знаємо, що нові зорі та планети можуть бути утворені сьогодні з газів з дуже різним складом.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.