Солнце покинуло центр Галактики: как Млечный Путь «выбросил» нашу звезду на окраину

Современная астрофизика постепенно пересматривает привычную картину происхождения Солнечной системы. Всё больше данных говорит о том, что наша звезда находится не там, где она родилась. Вероятнее всего, Солнце сформировалось значительно ближе к центру Галактики, а затем миллиарды лет назад было выброшено на более удалённую орбиту в результате масштабной гравитационной перестройки Млечного Пути.

Новое исследование международной группы астрономов показывает: это перемещение не было случайным. Напротив, оно стало частью грандиозного процесса, который изменил структуру всей Галактики.

Где сегодня находится Солнце

Сегодня Солнце располагается примерно в 26 тысячах световых лет от галактического центра (около 8 килопарсеков). Это относительно спокойная область галактического диска — далеко от наиболее бурных регионов звездообразования.

Однако химический состав Солнца вызывает у астрофизиков вопросы.

В астрофизике все элементы тяжелее гелия называют «металлами». Их распределение в галактическом диске подчиняется определённому правилу: чем ближе к центру галактики, тем выше содержание тяжёлых элементов.

Причина проста. Центральные области галактик переживают интенсивные циклы:

• рождение звёзд;
• взрывы сверхновых;
• обогащение межзвёздного газа тяжёлыми элементами.

В результате внутренние регионы галактики постепенно становятся более «металлическими».

Именно такой химический профиль имеет Солнце. Его металличность значительно выше, чем типично для области, где оно находится сейчас.

Расчёты показывают: звезда с таким химическим составом должна была сформироваться примерно в 5 килопарсеках от центра Галактики — почти вдвое ближе, чем нынешняя орбита.

Радиальная миграция звёзд

Если Солнце родилось ближе к центру, возникает очевидный вопрос: как оно оказалось на окраине?

Астрофизики называют подобный процесс радиальной миграцией — перемещением звёзд через галактический диск на новые орбиты.

Ранее считалось, что подобные перемещения происходят медленно и случайно. Однако новые данные показывают куда более масштабную картину.

Солнце, скорее всего, мигрировало не в одиночку, а вместе с огромной группой родственных звёзд.

«Солнечные близнецы» — ключ к прошлому Галактики

Чтобы восстановить историю перемещения Солнца, астрономы ищут так называемых солнечных близнецов — звезды, почти полностью идентичные нашей.

Такие звезды имеют те же фундаментальные параметры:

• массу;
• температуру поверхности;
• поверхностную гравитацию;
• металличность.

Единственное, что может отличаться — возраст.

Если собрать тысячи таких звёзд и определить их возраст, можно фактически получить хронологическую шкалу эволюции галактического диска.

Долгое время это было невозможно. Предыдущие исследования работали всего с несколькими десятками кандидатов.

Космический телескоп Gaia и новая база данных

Ситуация изменилась благодаря миссии Gaia Европейского космического агентства.

Этот космический телескоп создаёт самый точный каталог звёзд нашей галактики. В новом исследовании астрономы использовали его спектроскопический каталог DR3, содержащий данные о 5,6 млн звёзд.

Учёные применили строгую систему фильтрации:

• исключили двойные системы;
• удалили звёзды с неточной астрометрией;
• оставили только объекты с надёжными спектрами.

После этого возраст каждой звезды определили с помощью метода байесовского анализа изохрон — теоретических моделей эволюции звёзд.

Результат оказался впечатляющим.

Исследователи сформировали крупнейший каталог из 6 594 солнечных близнецов, расположенных в радиусе примерно 300 парсеков вокруг Солнечной системы.

Два всплеска рождения звёзд

Когда астрономы построили распределение этих звёзд по возрасту, выяснилось неожиданное.

Звёзды в галактическом диске формировались неравномерно. На графике появилось два ярко выраженных пика звездообразования.

Первый пик — около 2 миллиардов лет назад

Этот всплеск хорошо согласуется с предыдущими исследованиями. Он связан со взаимодействием Млечного Пути и карликовой галактики в Стрельце.

Когда эта галактика пересекла плоскость диска Млечного Пути, её гравитация сжала облака межзвёздного газа.

В результате возникла волна массового рождения новых звёзд.

Второй пик — 4–6 миллиардов лет назад

Гораздо более важным оказался второй всплеск.

Он произошёл 4–6 миллиардов лет назад, и именно в этот период сформировалось Солнце (4,6 млрд лет).

Интересно другое: в окрестностях Солнечной системы оказалось огромное количество звёзд того же возраста и с той же металличностью.

Это означает, что они родились в одном регионе галактики, но позже вместе переместились на новые орбиты.

Загадка галактического бара

Но здесь появляется серьёзная проблема.

В центре Млечного Пути существует крупная структура — галактический бар. Это вытянутая перемычка из звёзд и газа, проходящая через центр галактики.

Она создаёт особую гравитационную область — радиус коротации примерно в 6 килопарсеках от центра.

Эта зона работает как динамический барьер.

Согласно законам орбитальной механики: звезды, родившиеся внутри барьера, практически не могут перейти на внешние орбиты.

Численные модели показывают: вероятность такого перехода меньше 1%.

Но каталог солнечных близнецов демонстрирует противоположное. Тысячи звезд, включая Солнце, каким-то образом пересекли этот барьер.

Когда галактика менялась

Авторы исследования предлагают объяснение.

По их мнению, около 5 миллиардов лет назад сам галактический бар ещё формировался.

В этот период происходили два ключевых процесса.

Массовое звездообразование

Формирование бара вызвало уплотнение газа во внутреннем диске. Это привело к гигантской волне рождения новых звёзд.

Именно тогда появилось Солнце и тысячи его «близнецов».

Гравитационные резонансы

Поскольку бар только формировался, его гравитационное поле было нестабильным.

В галактическом диске возникали мощные резонансы, которые:

• изменяли угловой момент звёзд;
• смещали их орбиты;
• выбрасывали их на большие расстояния.

Таким образом молодые звезды могли быстро перемещаться от центра к окраинам галактики.

Космическое путешествие длиной в миллиарды лет

Получается, что Солнечная система — мигрант внутри собственной галактики.

Мы живём в регионе, который не является родиной Солнца, он был достигнут благодаря древней гравитационной катастрофе.

Иначе говоря, наше Солнце — часть огромной «волны звёзд», выброшенных из внутренних областей галактики в эпоху её структурной перестройки.

Почему это важно

Это открытие меняет представление об истории нашей галактики.

Оно показывает:

• формирование галактических структур напрямую влияет на орбиты звёзд;
• галактический диск постоянно перемешивается;
• звёзды могут путешествовать через галактику на тысячи световых лет.

А значит, и условия возникновения планетных систем могут меняться вместе с ними.

Возможно, когда Солнце родилось, его окружала совершенно другая галактическая среда — более плотная, более богатая тяжёлыми элементами и куда более динамичная.

И только спустя миллиарды лет наша звезда оказалась в тихом уголке Галактики, где сегодня вращается вокруг центра Млечный Путь, неся вместе с собой планеты, включая Землю.