Дані Gaia показали як товстий і тонкий диски Чумацького Шляху виросли

22 жовтня 2026 р. 16:05

22 жовтня 2026 р. 16:05

Чумацький Шлях має не лише красиві спіральні рукави, а й складну внутрішню будову. Його зорі розподілені між балджем, гало та диском, який, своєю чергою, поділяється на тонкий і товстий диски. Нове дослідження за даними місії Gaia дає переконливу відповідь на давнє питання: як саме сформувалися ці два шари диска.

Про результати розповідає стаття в журналі The Astrophysical Journal Letters, на яку звертає увагу видання Universe Today . Роботою керував Давід Мірабаль (David Mirabal) з Інституту астрофізики Канарських островів.

Чим відрізняються тонкий і товстий диски

Тонкий диск містить молоді та середнього віку зорі, зокрема й Сонце. Тут зосереджені спіральні рукави, більшість газу й пилу, а також відбувається основне народження нових зір. Металевість у тонкому диску вища, адже його речовина вже не раз збагачувалася продуктами вибухів попередніх поколінь зір.

Товстий диск, навпаки, більш «роздутіший» і розріджений. У ньому переважають дуже старі зорі, майже не формується нових, а вміст важких елементів значно нижчий. Астрономи часто називають товстий диск своєрідним «зоряним літописом» ранньої історії галактики.

Довгий час існували дві основні ідеї, як виникла ця структура. За однією, зорі спершу народжуються в тонкому диску, а згодом гравітаційні взаємодії з газовими хмарами, спіральними рукавами чи центральним баром «розкидають» частину з них вище й нижче площини — так нібито формується товстий диск. За іншою, газ у молодій галактиці поступово осідає: спочатку диск загалом товстий, а кожне нове покоління зір народжується вже в дедалі тоншому шарі.

Відрізнити ці сценарії можна лише за точними віками великої кількості зір, особливо найстаріших. Саме це й було головною проблемою попередніх робіт.

Як Gaia допомогла «побачити» історію диска

Нове дослідження спирається на дані третього релізу Gaia (DR3), оприлюдненого у 2022 році. Команда Мірабаля використала метод підгонки діаграм колір–зоряна величина для великої вибірки зір, щоб отримати розподіли віку та металевості, а також простежити, на якій висоті над площиною диска розташовані зорі різного віку.

Автори показують, що на ранніх етапах історії Всесвіту газ у Чумацькому Шляху був дуже турбулентним, а сама галактика — «потовщеною» у вертикальному напрямку, фактично як один суцільний товстий диск. Зорі тоді народжувалися на орбітах, далеких від тонкої площини.

З часом турбулентність зменшувалася, газ охолоджувався й стискався до тоншого шару всередині вже наявного товстого диска. Так почав формуватися тонкий диск, тоді як старі зорі зберегли свої високі орбіти в товстому шарі.

Різкий перелом 10,8 мільярда років тому

Ключовий результат роботи — виявлення чіткого «зламу» в еволюції товщини диска приблизно 10,8 мільярда років тому , тобто через кілька мільярдів років після Великого вибуху. Саме тоді темп «сплющення» диска різко змінився.

Дослідники вимірювали так звану вертикальну масштабну висоту hZ — характеристику, що описує, наскільки товстим є диск. Вони пишуть, що до віку близько 10,85 мільярда років зменшення hZ було дуже стрімким: менш ніж за 2 мільярди років диск «схуд» з понад 1,26 кілопарсека до приблизно 0,5 кілопарсека. У світлових роках це означає перехід від близько 4100 до 1600 світлових років.

Після цього періоду подальше тоншання відбувалося вже набагато повільніше, і для наймолодших зоряних популяцій hZ становить близько 0,1 кілопарсека, тобто приблизно 400 світлових років. На графіках з роботи це виглядає як різкий «обрив» кривої еволюції масштабної висоти саме близько 10,8 мільярда років тому.

Цей перелом означає, що давні зорі товстого диска не були викинуті туди з тонкого шару пізніше. Вони від самого початку народжувалися в набагато товстішому, турбулентному диску, тоді як молодші покоління зір формувалися вже в дедалі тоншому шарі всередині нього.

«Перевернутий» сценарій формування галактики

Автори описують цей процес як «перевернуте» формування: вертикальна структура диска зростала ніби ззовні всередину. Спочатку виник товстий диск зі старими, бідними на метали зорями, а пізніше, у спокійніший період, газ поступово осідав і дав початок тонкому диску з молодшими зорями та активним зоряним народженням.

За словами дослідників, завдяки точним вікам і високій повноті вибірки вдалося виділити дві чіткі часові фази еволюції: ранню, дуже турбулентну епоху формування товстого диска та наступний більш спокійний період, коли повільне осідання газу сформувало тонкий диск.

На думку Мірабаля, це дослідження вперше дає ясні спостережні докази на користь одного з двох конкуруючих сценаріїв формування диска Чумацького Шляху. Раніше комп’ютерні моделі допускали обидва варіанти, але бракувало даних, щоб упевнено сказати, який із них реалізувався саме в нашій галактиці.

Сьогодні ми бачимо результат цього двофазного минулого: товстий диск із давніми, малометалевими зорями та майже без газу, і тонкий диск, де зосереджена більшість газу, молодих зір і триває основне зоряне формування.

Наука