МЛЕЧНЫЙ ПУТЬ СПЛЮЩИЛСЯ В ДВА ЭТАПА

Диск нашей Галактики обычно описывают как два диска в одном: тонкий диск, динамически «холодный» и более молодой, и толстый диск, более «горячий» и старый. Звёзды хранят память о том, где и как они образовались, что делает их ископаемыми свидетелями сборки Галактики — предметом галактической археологии.

Известно, что более старые звёзды поднимаются выше над плоскостью. Но почему? Конкурируют два объяснения:

• Медленный нагрев: звёзды рождаются в тонком холодном слое газа, а за миллиарды лет гигантские молекулярные облака, спиральные рукава и центральный бар раскачивают их орбиты, и звёзды уходят всё выше.
• Формирование «сверху вниз» (upside-down): газовый диск молодой Галактики сам был толстым и турбулентным, его будоражили мощная аккреция, слияния и интенсивная обратная связь; старые звёзды просто родились «толстыми», а газ затем остыл и осел.

Чтобы их различить, нужны точные возрасты для полных выборок звёзд — особенно для самых ранних эпох, когда всё происходило быстро.

Датировать звёзды толпой

Давид Мирабаль, Карме Гальярт и коллеги из Instituto de Astrofísica de Canarias вместе с партнёрами из Гранады, Терамо и Виктории (Канада) работают в проекте ChronoGal. Вместо того чтобы датировать звёзды по одной, они подгоняют всю диаграмму «цвет — звёздная величина» звёзд вблизи Солнца, измеренную европейским спутником Gaia (третий выпуск данных), комбинациями синтетических звёздных населений. В результате получается карта того, сколько звёзд образовалось при каждом возрасте и металличности, с точностью возрастов лучше 5% — около полумиллиарда лет для самых старых звёзд.

Они изучили звёзды в пределах 1 килопарсека от галактической плоскости, разделили их на кинематически «холодную» и «горячую» выборки, нарезали на восемь слоёв по высоте и внесли поправку на звёзды, пропущенные при отборе. Затем алгоритм кластеризации объединил звёзды в населения почти одного возраста и одной металличности. Для каждого команда измерила шкалу высот — насколько высоко над плоскостью обычно простирается это население.

Резкая смена темпа

Толщина звёздных населений в зависимости от возраста: крутое падение для самых старых, медленный спад после перелома 10,85 миллиарда лет назад. Цвет показывает металличность. — Рисунок 2, Mirabal et al. (2026), arXiv:2610.03164.

Чем моложе население, тем плотнее оно прижимается к плоскости. Но зависимость — не одна прямая. Аппроксимация двумя прямолинейными отрезками находит перелом 10,85 миллиарда лет назад (с погрешностью около 0,13 миллиарда лет):

• До него толщина уменьшалась примерно на 1,88 килопарсека за миллиард лет. Самые старые населения простираются на 1,26 килопарсека — два самых древних ещё выше, примерно на 1,75 и 2,10, — и всего за 2 миллиарда лет толщина упала примерно до 0,5 килопарсека.
• После него истончение замедлилось всего до 0,038 килопарсека за миллиард лет. Самые молодые населения находятся на уровне около 0,1 килопарсека, а звёзды, рождённые сегодня, простирались бы примерно до 0,12.

Неопределённость ранней скорости велика, но два режима явно различаются. Даже населения, лишь немного более старые, чем перелом, — около 11 миллиардов лет, — толще толстого диска в целом (около 0,9 килопарсека). Перелом выдерживает проверку с простой равномерной сеткой возрастов и металличностей вместо автоматически выделенных групп.

Рождённые «толстыми»

По мнению авторов, один лишь медленный нагрев не может объяснить столь быстрое раннее оседание: частые слияния поддерживали бы молодой диск горячим вплоть до последнего крупного слияния, которое авторы называют GSE, около 10 миллиардов лет назад. Вместо этого данные свидетельствуют в пользу формирования «сверху вниз» на ранней стадии. Турбулентный газ остывал и опускался к средней плоскости в течение нескольких миллиардов лет, формируя толстый диск; химически определённый толстый диск сложился примерно 11 миллиардов лет назад.

Затем, примерно после этого слияния, Галактика вступила в более спокойную эпоху, когда газ постепенно оседал и строил тонкий диск, который мы видим сегодня. Для этого более позднего периода одни лишь данные не позволяют отличить медленный нагрев от медленного оседания. Картина согласуется с космологическими моделями галактик, подобных Млечному Пути, и с недавней датировкой момента, когда Галактика «раскрутилась» во вращающийся диск.

По словам авторов, большая высота самых старых звёзд — «не просто результат длительного векового динамического нагрева, а структурное ископаемое эпохи сборки ранней Галактики».