Призрак из колыбели Вселенной. Найден звездный поток C-19, в котором почти нет тяжелых элементов

В гало Млечного Пути обнаружили необычный звездный поток C-19, который почти не содержит тяжелых элементов. Для астрономов это особенно ценный объект: химический состав указывает на очень древнее происхождение, а форма и движение помогают понять, как росла наша галактика и как в ее окрестностях распределена темная материя.

Наблюдения провела международная группа исследователей с помощью 4-метрового телескопа Mayall в Национальной обсерватории Китт-Пик. Для работы использовали спектрографический комплекс DESI, способный одновременно собирать данные по огромному числу звезд.

Звездные потоки возникают после разрушения компактной звездной системы под действием гравитации более массивного хозяина. Карликовая галактика или шаровое скопление долго обращается вокруг крупной галактики, а затем приливные силы постепенно растягивают исходный объект вдоль орбиты. В итоге вместо плотного скопления остается длинная полоса звездного вещества. По подобным структурам удобно восстанавливать историю поглощений в Млечном Пути, а заодно искать следы маломассивных субгало темной материи, которые трудно заметить напрямую.

C-19 выделяется прежде всего химическим составом. Средняя металличность потока составляет около -3,36 dex. В астрономии металличностью называют долю элементов тяжелее гелия. За нулевой уровень обычно принимают состав Солнца. Показатель ниже -3 означает, что тяжелых элементов в веществе звезды в тысячи раз меньше, чем в солнечном. Среди известных звездных потоков C-19 пока считается самой бедной металлами популяцией.

По размерам структура тоже немалая. Поток тянется по небу более чем на 100 градусов, а его характерный масштаб оценивают примерно в 650 световых лет. Масса, по расчетам авторов, лежит в пределах от 40 до 50 тысяч солнечных масс. Расстояние до C-19 составляет около 58 700 световых лет.

Для анализа команда под руководством Нассера Мохаммеда из Университета Торонто использовала данные DESI, который измеряет сразу несколько ключевых параметров звезд. Прибор позволяет определять радиальные скорости, то есть движение вдоль луча зрения, и оценивать металличность. Дальше исследователи сопоставили скорости, собственные движения и химический состав кандидатов с фоном звездного гало Млечного Пути. Такой подход помогает отделить настоящих участников потока от случайных объектов на той же линии наблюдения.

Сначала ученые рассчитали вероятности принадлежности для 2071 звезды. После этого в список наиболее надежных участников включили 41 объект с вероятностью выше 50 процентов. Для 36 из 41 звезды членство подтвердили спектроскопически впервые. Кроме того, команда нашла шесть кандидатов в звезды горизонтальной ветви. Подобные светила полезны для оценки расстояний и возраста древних систем, потому что их светимость хорошо изучена.

Измерения показали еще одну важную особенность C-19. Дисперсия скоростей, то есть разброс скоростей отдельных звезд внутри потока, составляет около 7,8 километра в секунду. Для остатков шаровых скоплений показатель обычно ниже. Повышенное значение намекает, что внутренняя динамика у C-19 сложнее, чем у узкого и холодного потока, оставшегося после распада обычного компактного скопления.

Структура потока тоже оказалась не совсем простой. Авторы обнаружили ответвление, пространственно смещенное примерно на 1000 световых лет относительно основной линии. Длина этого участка достигает примерно 3000 световых лет. По кинематике группа связана с C-19, но не ложится на ожидаемую тонкую и вытянутую траекторию. Иначе говоря, перед исследователями не просто ровный звездный след, а более сложная система с дополнительной ветвью.

Именно здесь начинается главная интрига. Очень низкая металличность скорее говорит в пользу шарового скопления, потому что подобные древние компактные системы нередко состоят из крайне бедного тяжелыми элементами вещества. Но высокая дисперсия скоростей и наличие бокового ответвления больше похожи на следы разрушенной карликовой галактики. Пока собранных данных недостаточно, чтобы уверенно выбрать один из двух вариантов.

C-19 интересен не только сам по себе. Подобные потоки служат удобными маркерами гравитационного поля Млечного Пути. По форме, плотности и движению звезд астрономы пытаются восстановить распределение массы в галактическом гало, включая невидимую темную материю. Чем подробнее удается описать такие древние структуры, тем точнее становятся модели роста нашей галактики и ее скрытого окружения.