Наше солнце — одна из миллиардов звёзд, вращающихся вокруг центра галактики Млечный Путь. Оно совершает оборот вокруг галактического центра каждые 225 миллионов лет, перемещаясь со скоростью порядка 828 000 км/ч — астрономы называют это «галактическим годом». Эта орбита, хоть и почти круговая, немного извивается, возвышаясь и опускаясь относительно плоскости галактики.

Однако в других галактиках орбиты звёзд проявляют гораздо большую степень случайности, с разнообразием скоростей и углов относительно галактической плоскости. В эллиптических галактиках такое поведение объяснимо результатом слияния галактик, в результате которого образовалась эллиптическая галактика и изменились орбиты звёзд. Но это наблюдается даже в дисковых галактиках. Это озадачивает астрономов, поскольку звёзды дисковой галактики формируются в узкой, богатой газом плоскости, называемой «тонким диском». Млечный Путь имеет тонкий диск, внутри которого расположены наше Солнце и большинство звёзд, видимых невооруженным глазом на ночном небе.

Сравнение движения звёзд в «молодой» галактике (вверху) и «старой» галактике (внизу). 
Источник: Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program

Движение звёзд в тонком диске обычно следует более или менее круговой траектории из-за столкновений между газовыми облаками, из которых они возникают. Это создаёт видимое вращение галактики, а сглаживание экстремальных движений приводит к уменьшению разброса орбитальных скоростей между самой быстрой и самой медленной звездой — «дисперсию скоростей». Дисперсия с низкой скоростью присуща большинству звёзд на круговых орбитах, а дисперсия с высокой скоростью приводит к более случайным орбитам.

Предыдущие исследования указывали на то, что масса галактики и её окружение могут влиять на характер движения звёзд. Однако новое исследование, проведенное австралийскими астрономами, предлагают новый взгляд: оказывается, что не масса и окружение, а возраст играют решающую роль в характере движения звёзд.

«Возраст» галактики описывает не то, как долго она существует. Считается, что все галактики образовались примерно в одну и ту же эпоху, около 13 миллиардов лет назад. В данном случае, это условие звездообразующей активности галактики. Галактика, в которой всё ещё рождаются новые звёзды, считается «более молодой», а галактика, в которой звездообразование прекратилось, — «старой».

«Мы обнаружили, что возраст является самым важным параметром. Как только учтён возраст, окружение галактики и её масса становятся менее значимыми. Звёзды в “молодой” галактике будут иметь упорядоченное движение, вне зависимости от окружающей среды, в то время как в “старой” галактике найдутся более случайные орбиты, будь она в густом скоплении или в пустом пространстве», — отметил Скотт Крум из Сиднейского университета, руководивший исследованием.

Однако, что «возраст» и окружающая среда, а также масса галактики, взаимосвязаны. Например, галактики, находящиеся в более плотной среде, имеют больше шансов сталкиваться и сливаться с другими галактиками, что способствует их быстрому набору массы.

Схема галактики Млечный Путь с ребра, с указанием тонкого и толстого дисков и местоположения Солнца. Источник:

«Мы также знаем, что окружающая среда влияет на активность звездообразования галактики. Попав в плотную среду, галактика склонна прекращать звездообразование», — добавляет член команды Джесси ван де Санде, также из Сиднейского университета.

Существуют два ключевых механизма, способных остановить процесс звездообразования в галактиках. Один из них — это горячие газовые потоки, погружающиеся в скопления галактик, которые могут выдавливать газ изнутри галактики, лишая её материала для формирования новых звёзд. Второй механизм связан с гравитационными взаимодействиями между соседними галактиками, способными перемешивать газ внутри галактики и вызывать бурное звездообразование. Однако, излучение горячих молодых звёзд, или от джетов сверхмассивной чёрной дыры, активной из-за большого количества материи, направленной к ней, может нагреть газ в галактике и не давать ей образовывать звёзды.

Команда под руководством Крума и ван де Санде пришла к выводу, что хаотические движения звёзд «старых» галактик могут быть обусловлены сочетанием возрастных эффектов. Один из этих эффектов заключается в рождении горячих звёзд, которые слишком энергичны для движения по круговым орбитам на ранних этапах жизни галактики. Этот процесс подавляет дальнейшее звездообразование, не давая галактике возможности сформировать тонкий диск с более упорядоченными орбитами.

Примечательно, что Млечный Путь оказался среди тех галактик, которые благополучно вышли из этого процесса. Возраст тонкого диска нашей галактики оценивается примерно в 8,8 миллиардов лет. Тонкий диск, достигающий глубины около 350 световых лет, встроен в «толстый диск», состоящий из более старых звёзд. Эти старые звезды, с более хаотичными движениями, формировали толстый диск глубиной 1000 световых лет, а их орбиты имеют более крутые углы относительно галактической плоскости.

Эти выводы основаны на наблюдениях команды Крума и ван де Санде, проведённых в ходе исследования 3000 галактик с помощью галактического спектрографа SAMI обсерватории Сайдинг-Спринг в Австралии.