Ядро нашей Галактики представлено таким, каким мы его еще никогда не видели

Используя инфракрасные данные, полученные с помощью прибора HAWK-I, исследователи впервые получили представление о центральном ядре Млечного Пути. Наблюдения помогают им реконструировать историю звездообразования в нашей Галактике.

Общая скорость звездообразования в нашей Галактике невысока, астрономам это уже давно известно. Однако в центральном ядре Млечного Пути, соответствующем области около 1300 световых лет вокруг сверхмассивной черной дыры Стрелец А*, скорость звездообразования за последние 100 миллионов лет была в десять раз выше средней. Ядро нашей галактики столь же продуктивно, как звездные вспышки или как гиперпродуктивные галактики десятимиллиардной давности.

С помощью детальных инфракрасных наблюдений ученые впервые смогли взглянуть на множество молодых звезд в галактическом ядре. Наблюдения дают доказательства того, что звездообразование началось вблизи центра Млечного Пути, а затем развивалось наружу.

Звезды ядра Галактики и проблемы наблюдений

Если смотреть с Земли, то звезды, принадлежащие галактическому ядру, скрыты за большим количеством пыли. Однако эта проблема легко решается с помощью инфракрасных, миллиметровых волн или радио наблюдений. На этих длинах волн свет проходит сквозь пыль, позволяя нам увидеть галактический центр.

Решив первую проблему, возникает другая: галактический центр настолько переполнен звездами, что их трудно различить. Исключение составляют несколько очень ярких гигантов, которые отличаются своей массой и поэтому могут быть легко отделены от своих соседей. До проведения нового анализа, описанного здесь, астрономы обнаружили лишь около 10 процентов ожидаемой общей звездной массы в галактическом центре, в двух массивных звездных скоплениях и нескольких изолированных молодых звездах. Где же тогда все остальные звезды и каковы их свойства?

Новая перепись инфракрасных звезд с помощью HAWK-I

Франсиско Ногерас-Лара, независимый гумбольдтовский исследователь в группе Лизы Мейтнер Надин Ноймайер в Институте астрономии Макса Планка (MPIA), и их коллега Райнер Шедель в Институте астрофизики Андалусии в Гранаде, Испания, оказались в уникальном положении, чтобы найти молодые звезды, отсутствующие в галактическом центре.

Шедель является главным исследователем (PI) GALACTICNUCLEUS, исследования, в котором использовалась инфракрасная камера HAWK-I Очень большого телескопа (VLT) для получения почти 150 изображений (в инфракрасном диапазоне J-, H- и K) центральной области Млечного Пути, охватывающих общую площадь 64 000 квадратных световых лет вокруг галактического центра. Ногерас-Лара руководил поисками.

Для обнаружения отдельных звезд в таком переполненном регионе, как галактическое ядро, требуется высокое разрешение. VLT состоит из телескопов с 8-метровыми зеркалами. Используя метод, известный как голографическая съемка, который объединяет несколько снимков с короткой экспозицией для смягчения эффекта размытия земной атмосферы, исследование смогло составить самую подробную карту целевого региона с разрешением 0,2 угловых секунды. Если раньше на карту были нанесены лишь несколько звезд, то GALACTICNUCLEUS предоставил индивидуальные данные для 3 миллионов звезд.

В галактическом ядре происходят различные фазы звездообразования

Изучая изображения GALACTICNUCLEUS, исследователи сразу же заметили, что область галактического ядра, известная как Стрелец B1, была другой. В ней содержится значительно больше молодых звезд, которые ионизируют окружающий газ, чем в других регионах. Благодаря новым наблюдениям Ногерас-Лара и его коллеги впервые смогли детально изучить звезды Стрельца B1.

В частности, поскольку все звезды Стрельца B1 находятся примерно на одинаковом расстоянии от Земли, а расстояние между Землей и галактическим центром известно, астрономы смогли восстановить светимость каждой звезды. Это внутренняя светимость, которая соответствует количеству света, излучаемого звездой в единицу времени. Это позволило им изучить статистическое распределение звездной светимости для этих звезд, то есть подсчитать, сколько звезд было в каждом диапазоне светимости. Проанализировав эти данные, Ногерас-Лара, Шёдель и их коллеги обнаружили, что в Стрельце B1 существует несколько различных фаз звездообразования:

• Более древнее население, сформировавшееся около 7 миллиардов лет назад. Его наличие может указывать на то, что звездообразование в центральном ядре началось во внутреннем регионе, а затем распространилось на внешние области. Для других галактик этот механизм образования так называемого ядерного диска, небольшого диска звезд, окружающего галактический центр, уже наблюдался.
• Существует большая популяция гораздо более молодых звезд, возраст которых составляет всего 10 миллионов лет или даже меньше. Их общая масса составляет более 400 000 солнечных масс. Это почти в десять раз превышает суммарную массу двух ранее известных массивных звездных скоплений в центральной области.

Реконструкция истории звезд в Млечном Пути

Многие звезды, обнаруженные исследователями в Стрельце B1, изолированы и не являются частью массивного скопления. Это позволяет предположить, что они возникли в одной или нескольких звездных ассоциациях, менее ограниченных взаимной гравитацией, которые затем быстро распались, вращаясь вокруг галактического центра в масштабах нескольких миллионов лет, оставив после себя множество отдельных звезд. Хотя этот результат относится в первую очередь к Стрельцу B1, он также может объяснить в более общем плане, почему молодые звезды в центре Галактики могут быть обнаружены только с помощью исследований высокого разрешения, таких как настоящая работа: они возникли в свободных ассоциациях, которые затем рассеялись на отдельные звезды.

Однако для реконструкции истории звездообразования и общей эволюции галактического ядра астрономы стремятся поставить свои выводы на более прочную основу, чем инфракрасные наблюдения HAWK-I. Ногерас-Лара и его коллеги планируют продолжить свои наблюдения с помощью высокоточного спектрографа KMOS, установленного на VLT. Спектральные наблюдения позволят астрономам напрямую идентифицировать некоторые из очень молодых звезд по внешнему виду их спектров. Это было бы важной перекрестной проверкой опубликованных сейчас результатов.