Starożytny kawałek Drogi Mlecznej na nowo
Korzystając jednocześnie z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba i Hubble’a, astronomowie pokazali, że pozornie zwyczajny gromadopodobny obiekt Terzan 5 jest w rzeczywistości reliktem z czasów, gdy dopiero powstawało zgrubienie centralne Drogi Mlecznej.
Okazało się, że ten układ gwiazd zawiera aż cztery wyraźnie różne generacje gwiazd, co czyni go prototypem nowej klasy obiektów, nazwanych bulge fossil fragments – skamielinami zgrubienia centralnego.
Czym właściwie jest Terzan 5?
Terzan 5 leży około kilkunastu–dziesięciu tysięcy lat świetlnych od Ziemi, głęboko w gęstym, zapylonym zgrubieniu centralnym Drogi Mlecznej w kierunku gwiazdozbioru Strzelca.
Przez lata klasyfikowano go jako gromadę kulistą – stare, gęste skupisko gwiazd, które zwykle tworzą jedną, bardzo dawną populację o zbliżonym wieku i składzie chemicznym.
Już wcześniejsze badania sugerowały jednak, że w Terzanie 5 kryje się więcej niż jedna populacja gwiazd o różnych metalicznościach, a więc i różnych historiach formowania.
Teraz, dzięki obserwacjom w podczerwieni Webba i wieloletnim danym Hubble’a, udało się po raz pierwszy z całą pewnością zrekonstruować pełną drabinę wiekową tego niezwykłego układu.
Cztery pokolenia gwiazd w jednym systemie
Zespół badawczy wykazał, że Terzan 5 zawiera aż cztery pokolenia gwiazd, które powstały w osobnych epizodach procesów gwiazdotwórczych.
Najstarsza populacja liczy ok. 12,5 miliarda lat i należy do najstarszych znanych gwiazd w Drodze Mlecznej, podczas gdy kolejne generacje powstawały około 4,7, 3,8 oraz 2,5 miliarda lat temu.
Tak szeroki rozrzut wieków – od epoki formowania się pierwszych struktur w Galaktyce aż po stosunkowo niedawne czasy geologiczne – oznacza, że Terzan 5 przez miliardy lat wielokrotnie tworzył nowe gwiazdy z gazu wzbogacanego przez kolejne pokolenia supernowych.
To zachowanie bardziej przypomina miniaturową galaktykę niż klasyczną gromadę kulistą, która zwykle przeżywa tylko jeden krótki epizod formowania gwiazd.
Webb + Hubble: jak zajrzeć przez pył w centrum Galaktyki
Klucz do sukcesu stanowiło połączenie czułości Webba w podczerwieni z ostrością obrazów Hubble’a i długą bazą czasową jego obserwacji.
Podczerwień pozwala dosłownie zajrzeć przez gęste obłoki pyłu w zgrubieniu centralnym, a precyzyjne pomiary ruchów własnych gwiazd z danych HST umożliwiły oddzielenie członków Terzana 5 od gwiazd tła i przedpola.
Na tak oczyszczonym diagramie barwa–jasność astronomowie mogli z niezwykłą dokładnością odczytać położenia punktów zwanych punktami wyjścia z ciągu głównego (turn-off), które są bardzo czułe na wiek populacji.
To właśnie dzięki temu udało się rozdzielić i datować poszczególne epizody formowania gwiazd, zamiast widzieć tylko uśrednioną populację.
Bulge fossil fragment – nowa klasa obiektów
Terzan 5 nie jest więc zwykłą gromadą kulistą, lecz pozostałością po masywnym klocku budulcowym, z którego miliardy lat temu formowało się zgrubienie centralne Drogi Mlecznej.
Tego typu obiekty – bulge fossil fragments – to pozostałości po pierwotnych, bardzo masywnych grudach gazu, które w młodej Galaktyce zapadały się, tworząc gwiazdy, a następnie częściowo zlewały się, tworząc dzisiejsze zgrubienie centralne.
Teoretyczne modele i wcześniejsze prace nad Terzanem 5 oraz podobnym obiektem Liller 1 już sugerowały, że takie skamieliny mogą istnieć.
Nowe wyniki z Webba i Hubble’a czynią z Terzana 5 pierwszy dobrze udokumentowany przykład tej klasy – swoisty żywy skamieniały fragment Drogi Mlecznej.
Co nam to mówi o historii Drogi Mlecznej?
Badanie Terzana 5 to unikalna okazja, by prześledzić, jak wyglądały i jak ewoluowały pierwsze masywne struktury w naszej Galaktyce, bez wychodzenia poza jej granice.
Wiek najstarszej populacji gwiazd pokazuje, że już bardzo wcześnie Galaktyka tworzyła masywne grudy zdolne do zatrzymywania materii po wybuchach supernowych i wielokrotnego tworzenia nowych generacji gwiazd.
Z kolei obecność stosunkowo młodych populacji – liczących zaledwie kilka miliardów lat – świadczy o tym, że przynajmniej część tych cegiełek przetrwała burzliwą historię zderzeń i akrecji w centrum Drogi Mlecznej.
To z kolei ma wpływ na liczbę i rodzaje układów podwójnych czy potencjalnych źródeł fal grawitacyjnych, jakie mogły powstać w takich środowiskach, co zaczynają badać osobne prace poświęcone bulge fossil fragments.
Co dalej – polowanie na kolejne skamieliny?
Terzan 5 zapewne nie jest jedynym takim obiektem w naszej Galaktyce, ale do tej pory jego krewniacy pozostawali ukryci w zapylonym centrum Drogi Mlecznej.
Webb, wspierany przez Hubble’a i wielkie teleskopy naziemne, daje teraz szansę na systematyczne przeszukiwanie zgrubienia w poszukiwaniu kolejnych bulge fossil fragments – a więc kolejnych kawałków pierwotnej historii Drogi Mlecznej.
Im więcej takich obiektów poznamy, tym dokładniej zrekonstruujemy, jak z chaotycznej mozaiki pierwotnych kęp gazu i gwiazd powstało spokojne dziś centrum naszej Galaktyki.
Terzan 5 staje się więc nie tylko ciekawostką, ale i wzorcowym laboratorium do testowania modeli formowania się zgrubień galaktycznych – również w odległych, trudno dostępnych galaktykach.
Źródła
Główne źródło:
Źródła kontekstowe:
- ArXiv: The multi-age stellar populations of Terzan 5 as revealed by JWST,
- A&A: The star formation history of the first bulge fossil fragment candidate Terzan 5,
- IOP: Modeling the Chemical Enrichment History of the Bulge Fossil Fragment Terzan 5,
- A&A: Bulge fossil fragments as a new population of factories of gravitational wave sources in the Galaxy,
- ESA/Webb
Opracowanie: Agnieszka Nowak
