Звёзды в нашей Галактике рождаются в двойном газовом кольце, расположенном в диске Млечного Пути.

Проблема изучения нашей Галактики заключается в том, что Солнечная система находится в плоскости ее диска, и мы смотрим на нее сбоку («с ребра»), и потому не можем непосредственно видеть ее структуру. Тем не менее, астрономы всё-таки могут судить о том, как выглядит Млечный путь, наблюдая за его звездами.

Классическое представление о структуре Млечного пути, как спиральной галактики (ru.wikipedia.org).

Галактика NGC 5101, содержащая газовые кольца того же вида, что и в данной работе. Возможно, аналогично выглядит и Млечный путь (De Vaucouleurs Atlas of Galaxies)

Распределение рассматриваемых молодых открытых скоплений (черные точки) и смоделированные кольца (серые точки).

Увеличенное изображение распределения молодых открытых скоплений (синие точки) и ОВ-ассоциаций (зеленые звезды). Солнце расположено в начале координат.

По современным представлениям наша Галактика представляет собой спиральную структуру, несколько рукавов которой не сходятся в центре, а разделены перемычкой (баром). Однако такая модель не в состоянии объяснить распределение скоростей молодых объектов Млечного пути. Поэтому в 1991 году возникла гипотеза о существовании в диске Галактики газового кольца, в котором рождаются звезды.

Исследователям из МГУ им. Ломоносова и Университета Оулу (Финляндия) удалось эту гипотезу доказать – с помощью динамической модели нашей Галактики они продемонстрировали, что в ее диске действительно существует «звездопорождающее» двойное газовое кольцо. Результаты исследования опубликованы в журнале Astrophysics and Space Science.

Динамическую модель Галактики разработал Пертти Раутиайнен (Pertti Rautiainen), а астрономы МГУ собрали данные относительно звёздных скоплений и сравнили их с моделью методами математической статистики. Объектами исследования стали молодые открытые скопления – компактные группы звезд, рожденных внутри одного гигантского молекулярного облака в течение короткого промежутка времени.

Они представляют собой гравитационно связанные объекты, в отличие от ОВ-ассоциаций – свободных групп звезд O и B-типа. Молодые открытые скопления звезд не только указывают на то, где находятся породившие их гигантские молекулярные облака, но и, в отличие от газовых объектов, расстояния до них можно определить с большой точностью (~ 5%).

Распределение молодых объектов в диске нашей Галактики лучше всего соответствует модели кольца R1R2’, которое формируется вблизи внешнего линдбладовского резонанса бара на расстоянии 7-8 килопарсек от центра Галактики. (С этим выводом согласуются и наблюдаемые скорости молодых звезд в скоплениях и ОВ-ассоциациях.)

Кольца R1 и R2 на самом деле представляют собой эллипсы: R1 вытянуто перпендикулярно бару, а R2 вытянуто вдоль бара. Знак апострофа после названия кольца (R2’) означает, что оно разомкнуто и напоминает две туго закрученные спирали. Такое образование называют псевдокольцом.

Следует понимать, что движение Галактики достаточно сложное. Все звезды постоянно перемещаются вокруг ее центра, но перемещения их не синхронны. Звезды вблизи центра обращаются значительно быстрее, чем дальние.

За 5 миллиардов лет своего существования Солнце, находящееся в середине галактического диска, сделало всего 20 оборотов вокруг центра Галактики, в то время как ближние звезды обернулись тысячи раз. Кроме того, эллипсы звездных орбит сами поворачиваются. Почему при таком движении Млечный Путь имеет вид спирали, частично удалось объяснить разработанной в 1960-х годах теорией волн плотности.

В любой галактике звёзды, находящиеся в центре, движутся быстрее волны и догоняют её. Вдали они перемещаются медленнее, и волна их настигает. А в середине есть так называемая окружность коротации, где у звезд та же скорость, что и у волны. В нашей Галактике такие звезды принадлежат бару.

На дисках галактик выделяют ещё два расстояния, называемых радиусами линдбладовских резонансов, по имени их первооткрывателя, шведского астронома Бертила Линдблада. Один радиус линдбладовского резонанса больше радиуса коротации, а другой меньше. На этих расстояниях влияние волн на звезды усиливается. Любопытно, что внешний линдбладовский резонанс расположен в окрестностях Солнца (не далее 1,5 килопарсека).

Проведенное исследователями моделирование показало, что за 200-500 млн лет бары, толкая газ от радиуса коротации наружу, могут создавать в области линдбладовского резонанса большие газовые кольца, в которых потом рождаются звезды. Существование внешнего газового кольца в нашей Галактике изменяет наши представления о ее структуре, характере движения и химической эволюции. Отметим, что такие кольца есть у 16% спиральных галактик.

По материалам МГУ им. М.В. Ломоносова.