Новое исследование по кинематике и химическому составу образца звезд в окрестностях Солнца, возглавляемое доктором Даниэла Каролло, исследователем итальянского Национального института астрофизики обнаружило, что звезды, составляющие толстый диск Млечного Пути, принадлежат к двум различным звездным популяциям с различными характеристиками, а не к одной как считалось более двух десятилетий.

Новый компонент толстого диска, называемый толстым диском со слабым металлом (MWTD) или металлически бедным толстым диском, отличается от канонического скоростью вращения вокруг центра галактики и своим химическим составом. Действительно, звезды, составляющие толстый диск, имеют скорость вращения около 180 км в секунду, в то время как звезды металлического слабого толстого диска вращаются медленнее, около 150 км в секунду. Звезды, принадлежащие металлическому слабому толстому диску, также в два раза беднее металлом, чем звезды толстого диска, и имеют более высокую энергию, свойство, которое позволяет им достигать больших высот от галактической плоскости.

«Почти 30 лет астрономы пытались разгадать эту загадку», — сказал доктор Каролло, ученый из Астрофизической обсерватории Турина, первый автор статьи, сообщающей об открытии, только что опубликованном в «Астрофизическом журнале». «На самом деле считалось, что металлические слабые толстые диски — это не что иное, как продолжение толстого диска, а не самостоятельная популяция с различным астрофизическим происхождением».

Точные параметры, предоставленные миссией ESA Gaia (положения, расстояния и внутреннее движение звезд), и химическая информация о более чем 40000 звезд в Слоанском цифровом обзоре неба (SDSS) позволили команде различить металлические слабые толстые диски в диаграммах, показывающих угловые моменты в сочетании с химией.

«Угловые импульсы — это величины, которые сохраняются во время формирования и последующей эволюции физической системы, подобной нашей галактике», — объясняет доктор Каролло. «Таким образом, на точной диаграмме угловых импульсов звезды, принесенные в галактику тем же прародителем, как, например, в результате предыдущего слияния спутниковой галактики, будут иметь сходные угловые импульсы и будут склонны к скоплению на диаграмме».

толстые диски и металлические слабые толстые диски образуют две различные группы на диаграмме, а также в их химии имеются различные несовпадения. В астрономии химические элементы, более тяжелые, чем водород и гелий, которые образовались во время Большого взрыва, определяются как металлы. Эти более тяжелые химические элементы были получены во время нуклеосинтеза массивных звезд, которые взорвались как сверхновые.

Определенная группа легких элементов, таких как магний и титан, по сравнению с более тяжелыми элементами, такими как железо, обеспечивает фундаментальный параметр, который позволяет ученым отличать популяции старых звезд от популяций более молодых звезд. Металлический слабый толстый диск не только обладает звездами, у которых я меньшее содержание железа, но и эти же звезды также богаты элементами из группы магния и титана (альфа-элементы), что указывает на предшествующее образование толстых дисков.

Эти важные различия между толстыми дисками и металлическими слабыми толстыми дисками, а именно кинематикой и химией их звезд, позволяют предположить, что эти два диска имели различное происхождение в процессе формирования галактики.

Но как появился второй толстый диск в Млечном Пути? Гипотезы разнообразны: металлический слабый толстый диск мог быть старше толстого диска, и его звезды могли быть заряжены слиянием галактики-спутника-карлика с Млечным Путем, на начальном этапе формирования. Впоследствии слияние второй спутниковой галактики привело бы к появлению толстого диска.

Другая возможность состоит в том, что звезды металлические слабые толстые диски первоначально сформировались в области ближе к центру изначальной галактики и впоследствии были перенесены на большие расстояния, ближе к месту, где сейчас находится Солнце, внутренними явлениями, такими как неустойчивость центральной полосы или формирование спиральных рукавов галактики. Или древняя спутниковая галактика масс, похожая на Малое Магелланово Облако, слитая с изначальной галактикой, и ее звезды начали вращаться вокруг центра галактики из-за взаимного гравитационного взаимодействия.

Все эти гипотезы могут быть проверены с помощью теоретических моделей и моделирования формирования галактики, подобной Млечному Пути.