Исследование, опубликованное в The Astrophysical Journal Letters, показало, что толстый и тонкий диски Млечного Пути сформировались в два разных периода. К такому выводу астрономы пришли, изучив данные третьего выпуска каталога Gaia (DR3), опубликованного в июне 2022 года. Главным автором работы стал докторант Института астрофизики Канарских островов Дэвид Мирабаль.
Млечный Путь включает центральное утолщение, галактический диск и гало. Сам диск состоит из тонкой и толстой частей, которые отличаются составом звёзд и строением. Тонкий диск содержит спиральные рукава, газ и пыль, а также большинство областей звездообразования; в нём находятся молодые звёзды и звёзды среднего возраста, включая Солнце.
Толстый диск заметно более разрежен и вытянут по вертикали. В нём преобладают древние звёзды с низкой металличностью, а новые светила почти не рождаются, поэтому его иногда называют своеобразной летописью ранней истории Галактики. Ранее астрономы рассматривали два основных объяснения его происхождения: звёзды могли быть выброшены из тонкого диска гравитационными взаимодействиями либо сформироваться в эпоху, когда весь диск был значительно толще.
Для проверки этих сценариев исследователи применили к данным Gaia сопоставление диаграмм цвет–светимость. Это позволило оценить возраст и содержание тяжёлых элементов у больших групп звёзд, а также сравнить их распределение по высоте над плоскостью диска. Работа получила название «Двухэтапное оседание диска Млечного Пути, выявленное с помощью точных хроно-галактических возрастов».
Результаты указывают на резкую смену темпов вертикального уплотнения примерно 10,85 млрд лет назад. В течение предшествующих 2 млрд лет характерная высота диска уменьшилась более чем с 1,26 килопарсека, или примерно 4100 световых лет, до около 0,5 килопарсека, то есть 1600 световых лет. Затем процесс стал гораздо медленнее, и для самых молодых звёзд высота диска достигла примерно 0,1 килопарсека, или 400 световых лет.
Таким образом, древние звёзды толстого диска, вероятно, не были рассеяны туда поздними столкновениями и возмущениями, а родились в раннем, турбулентном и изначально толстом диске. По мере охлаждения и успокоения газа новые поколения формировались во всё более тонком слое. «Этот результат решает классическую проблему астрофизики», — заявил Мирабаль в пресс-релизе, добавив, что точные оценки возраста впервые дали ясные наблюдательные свидетельства в пользу одной из двух моделей раннего формирования Галактики.