Disk Mliječne staze u ranoj se povijesti brzo stanjivao, a prije približno 10,8 milijardi godina taj se proces znatno usporio. Na taj prijelaz upućuje nova analiza podataka misije Gaia, prema kojoj su se najstarije zvijezde diska rađale u debljem sloju turbulentnog plina, dok su mlađe generacije nastajale sve bliže galaktičkoj ravnini.
Nalaz podupire objašnjenje prema kojem je današnji debeli disk velikim dijelom zadržao raspored koji su njegove zvijezde imale pri nastanku. Njihova rasprostranjenost iznad i ispod galaktičke ravnine ne bi bila samo posljedica kasnijih gravitacijskih poremećaja koji su im mijenjali putanje.
David Mirabal i suradnici u radu objavljenom u časopisu The Astrophysical Journal Letters povezali su procijenjene starosti zvjezdanih populacija s njihovim rasporedom iznad i ispod ravnine Mliječne staze. Preciznije procjene starosti omogućile su im da usporede zvijezde nastale u kraćim vremenskim razmacima i uoče kada se tempo stanjivanja promijenio.
Dvije mogućnosti za nastanak debelog diska
U disku naše galaksije razlikuju se dvije sastavnice koje se prostorno preklapaju. Tanji disk sadrži mnogo mlađih zvijezda, plina i područja u kojima nastaju nove zvijezde. Deblji disk čine pretežno starije zvijezde, čije ih putanje odvode dalje iznad i ispod galaktičke ravnine.
Jedno objašnjenje pretpostavlja da zvijezde nastaju u tankom sloju, a zatim im gravitacijski susreti s oblacima plina, spiralnim krakovima i drugim strukturama postupno mijenjaju putanje. Zvijezde se tako s vremenom mogu sve više udaljavati od ravnine diska.
Drugo objašnjenje polazi od drukčijih uvjeta u ranoj galaksiji. Plin je tada bio nemirniji i raspoređen u debljem sloju. Zvijezde koje su iz njega nastajale već su pri rođenju imale putanje koje su ih vodile dalje od ravnine diska. Kako se plin smirivao i slijegao, sljedeće generacije nastajale su u sve tanjim slojevima.
Starost i položaji zvijezda otkrivaju slijed promjena
Istraživači s Instituta za astrofiziku Kanarskih otoka i njihovi suradnici primijenili su metodu projekta ChronoGal. Usporedili su boju i sjaj zvijezda iz Gaijina trećeg izdanja podataka s modelima zvjezdane evolucije kako bi procijenili starosti i kemijski sastav promatranih populacija.
Istraživanje se odnosi na odabrane uzorke u Sunčevu susjedstvu. Autori su zvijezde razdvojili prema gibanjima, a zatim izdvojili populacije slične starosti i metalnosti, odnosno udjela elemenata težih od helija. Za najstarije populacije postižu vremensku razlučivost od približno pola milijarde godina.
Pritom su morali procijeniti i koliko zvijezda nedostaje u uzorku jer su preslabe, zaklonjene prašinom ili ne zadovoljavaju kriterije odabira. Tek nakon tih korekcija mogli su pouzdano uspoređivati gustoću zvijezda na različitim udaljenostima od galaktičke ravnine.
Nagla promjena prije 10,8 milijardi godina
U najranijoj fazi karakteristična visina zvjezdanog sloja pala je s više od 1,26 kiloparseka na približno 0,5 kiloparseka tijekom oko dvije milijarde godina. To odgovara približno 4.100 i 1.600 svjetlosnih godina. Riječ je o veličini koja opisuje kako gustoća zvijezda opada s udaljenošću od ravnine, a ne o punoj debljini diska s oštrim rubovima.
Tim procjenjuje da se tempo stanjivanja promijenio prije oko 10,85 milijardi godina. U mlađim populacijama karakteristična visina smanjuje se mnogo postupnije, do približno 0,1 kiloparseka za najmlađe zvijezde. Tako brz rani prijelaz teško je objasniti samo dugotrajnim, postupnim gravitacijskim promjenama zvjezdanih putanja.
Kozmos je ranije pisao o procjenama starosti debelog diska. Novi rad bavi se drugim pitanjem: kako se njegov okomiti raspored mijenjao kroz vrijeme i koji su procesi u pojedinim fazama prevladavali.
Rezultat ne isključuje kasnije gravitacijske promjene zvjezdanih putanja. Sporije promjene rasporeda mlađih populacija, navode autori, mogu se objasniti i takvim poremećajima i daljnjim slijeganjem plina. Najstarije populacije daju jasniji trag: velike razlike u njihovu rasporedu tijekom kratkog razdoblja upućuju na brzo smirivanje plina iz kojeg su nastajale.
