У центральному «опуклому» районі Чумацького Шляху, де зірки настільки щільні, що схожі на сяючу туманність, знайшлися дивні винятки з правила. Один із них — зоряне скупчення Terzan 5, яке, за новим аналізом з телескопів Джеймса Вебба і Габбла, виявилося не типовим кульовим скупченням, а справжнім «скам’янілим уламком» ранньої історії нашої галактики. Про цей висновок докладно розповідає матеріал Newswise Science News.
Що відомо коротко
- Нові дані з телескопів James Webb і Hubble показали, що Terzan 5 має чотири різні покоління зірок, а не одне, як у типовому кульовому скупченні.
- Найстаріші зірки Terzan 5 утворилися близько 12,5 мільярда років тому, коли формувався сам Чумацький Шлях.
- Наймолодше покоління зірок у цьому об’єкті виникло лише приблизно 2,5 мільярда років тому, тобто галактика «підживлювала» це скупчення новими зірками мільярди років.
- Команда знайшла свідчення поступового збагачення важкими елементами від вибухів наднових у кожному наступному поколінні зірок.
- Астрономи класифікували Terzan 5 як «реліктовий уламок балджу» — залишок значно більш масивної системи, що брала участь у формуванні центральної частини галактики.
Чому Terzan 5 не вписується у звичайну картину кульових скупчень
Класичне кульове скупчення — це ніби старий гуртожиток: усі його мешканці приблизно одного віку, народилися в один зоряний «заїзд» і більше не оновлювалися. Такі скупчення зазвичай мають одну, дуже давню популяцію зірок.
Terzan 5 зовні справді нагадує кульове скупчення, і так його й класифікували з моменту відкриття в 1968 році астрономом Азопом Терзаном. Однак подальші дослідження почали ламати цю схему. У 2009 році в ньому вже знайшли дві різні популяції зірок, а в 2016-му спостереження Габбла показали, що одна група виникла близько 12 мільярдів років тому, а інша — приблизно 5 мільярдів років тому.
Це вже виглядало дивно: для кульового скупчення настільки віддалені за віком покоління — як якщо б у школі одночасно навчалися першокласники й пенсіонери, та ще й за окремими програмами. Нові дані з Вебба й Габбла показали, що «школа» Terzan 5 насправді має не дві, а чотири «паралелі» зірок.
Як Вебб «бачить крізь пил», а Габбл відсіює зайві зірки
Розгледіти Terzan 5 складно не лише через його щільність. Він розташований у балджі — центральній опуклій ділянці Чумацького Шляху, де багато пилу й надзвичайно густий зоряний натовп. Якщо дивитися звичайним оптичним телескопом, ця область нагадує засвічений кадр: тисячі зірок накладаються одна на одну.
Тут у гру вступає телескоп Джеймса Вебба. Він працює в інфрачервоному діапазоні, де пил стає більш «прозорим». Це дозволило команді на чолі з Джорджією Дзулло (Giorgia Zullo) побачити значно більше, у тому числі тьмяніших, зірок у Terzan 5, ніж раніше.
Паралельно астрономи використали довготривалі архівні спостереження Габбла. За 12 років між знімками можна виміряти мікроскопічні зсуви — так звані «власні рухи» зірок на небі. Ті, що рухаються разом, належать до Terzan 5; ті, що «пливуть» інакше, — це зірки самого балджу, які випадково потрапили в кадр.
Поєднавши інфрачервоні дані Вебба з можливістю Габбла відокремити «свої» зірки від «чужих», дослідники змогли скласти найповнішу «зоряну перепис» цього об’єкта. Аналізуючи кольори та яскравість, вони розділили зірки на чотири покоління за віком і хімічним складом.
Чотири зоряні покоління і слід вибухів наднових
Команда встановила, що два найстаріші покоління зірок у Terzan 5 сформувалися 12,5 та 4,7 мільярда років тому. До них додалися ще два «молодших» епізоди народження зірок: приблизно 3,8 та 2,5 мільярда років тому.
До появи цієї картини астрономи ще могли припускати, що Terzan 5 просто «зіткнулося» з іншим об’єктом — наприклад, кульовим скупченням або велетенською хмарою газу, — і таким чином отримало паливо для другого раунду утворення зірок. Але чотири окремі покоління зробили такий сценарій малоймовірним: для цього довелося б «підливати газ» дивовижно точно і багато разів.
Додаткові спостереження складу зірок за допомогою обсерваторій W. M. Keck та Very Large Telescope показали відмінності в хімії кожної популяції. Як зазначає співавтор Р. Майкл Річ (R. Michael Rich), скупчення зберігає «скам’янілий запис» того, як наднові послідовно збагачували газ важкими елементами.
Щоб це стало можливим, пращур Terzan 5 мав бути дуже масивним. У невеликих системах вибухи наднових настільки потужні, що викидають не лише новостворені важкі елементи, а й увесь залишковий газ. У Terzan 5 газ і продукти вибухів збереглися в межах системи, дозволяючи новим поколінням зірок формуватися з дедалі «важчого» й збагаченішого матеріалу.
«Скам’янілий уламок балджу» і підказка до формування галактик
Нові результати свідчать, що Terzan 5 — це ймовірний залишок набагато масивнішої зоряної системи, що виникла ще 12,5 мільярда років тому. Сьогодні він виглядає як окремий «грудок» у добре перемішаному тісті балджу: якби у вас був пиріг, де більшість інгредієнтів розподілені рівномірно, але раптом трапляється щільний шматочок, який не розчинився в масі.
Франческо Р. Ферраро (Francesco R. Ferraro), керівник спостережень Вебба, називає Terzan 5 «реліктовим уламком балджу», тому що він нагадує первинні щільні згустки, з яких у ранньому Чумацькому Шляху будувалася центральна опуклість.
Схожий об’єкт уже відомий — це Liller 1, який так само був перекласифікований із кульового скупчення на реліктовий уламок балджу. Обидва об’єкти містять кілька поколінь зірок. Команда Ферраро планує дослідити ще 40–50 скупчень у балджі, щоб з’ясувати, скільки з них — класичні кульові скупчення, а скільки — подібні до Terzan 5 уламки будівельних блоків галактики.
Співавторка Барбара Ланцоні (Barbara Lanzoni) пояснює, що за даними спостережень і комп’ютерних симуляцій галактики в ранньому Всесвіті мали гігантські газові диски, які «розривалися» на окремі згустки. Ці згустки формували зірки, потім повільно мігрували в центр, де частина з них зливалася, формуючи балджі. Terzan 5 може бути прямою «речовою доказовою базою» того, як саме будувалися центральні частини галактик, не лише нашої.
Цікаві факти
- 🌌 Найстаріше зоряне покоління Terzan 5 виникло приблизно тоді, коли формувався Чумацький Шлях, а наймолодше — коли на Землі вже давно існувала складна геологічна історія.
- 💥 У хімічному складі різних зірок Terzan 5 «читається» історія багаторазових вибухів наднових, що крок за кроком збагачували газ важкими елементами.
- 🧩 Terzan 5 і Liller 1 — наразі єдині відомі об’єкти, які з кульових скупчень перекласифікували в «реліктові уламки балджу» з багатьма поколіннями зірок.
FAQ
Ці результати вже остаточні чи це попередня гіпотеза?
Результати базуються на глибоких спостереженнях Вебба й багаторічних даних Габбла та опубліковані в рецензованому журналі Astronomy & Astrophysics. Водночас астрономи продовжуватимуть вивчати Terzan 5 та подібні об’єкти, щоб перевірити, наскільки ця картина узгоджується з іншими реліктовими уламками і моделями формування галактик.
Чому астрономи так довго не розрізняли покоління зірок у Terzan 5?
Через розташування в густому й запиленому балджі Чумацького Шляху побачити окремі зірки в Terzan 5 було надзвичайно важко. Лише інфрачервона чутливість Вебба дозволила «зазирнути крізь пил», а тривалі серії спостережень Габбла дали змогу відокремити зірки скупчення від зірок фону за їхнім рухом.
Чим реліктовий уламок балджу відрізняється від звичайного кульового скупчення?
Кульове скупчення, як правило, містить одну стару популяцію зірок, сформовану під час одного епізоду народження. Реліктовий уламок балджу, як Terzan 5, значно масивніший у минулому, здатний утримувати газ і продукти вибухів наднових, тому може запускати кілька окремих хвиль утворення зірок з різним віком і хімічним складом.
Як це дослідження допомагає зрозуміти інші галактики, а не лише нашу?
У далеких галактиках Вебб вже бачить «згусткові» структури, які, ймовірно, є ранніми будівельними блоками їхніх балджів. Terzan 5 може бути локальним прикладом того, як такі згустки поводяться зсередини: скільки поколінь зірок вони встигають створити, як збагачують себе важкими елементами і як «виживають» у процесі формування галактики.
🤯 Terzan 5 перетворює наш погляд на галактики з чогось гладкого й «змішаного» на мозаїку з окремих довгоживучих уламків, кожен з яких зберігає власну історію вибухів, газу та народження зірок. Замість однорідного рецепта ми бачимо складний кулінарний експеримент Всесвіту, де давні грудки тіста ще й досі не розчинилися в готовому пирозі Чумацького Шляху.