Млечный Путь хранит в себе останки галактик, которые он проглотил миллиарды лет назад. Некоторые из его древнейших звёздных скоплений теперь указывают на особенно давнюю трапезу — ту, что помогала строить галактику, когда Вселенная была ещё совсем юной.

Космический телескоп «Хаббл» предоставил доказательства того, что ранний Млечный Путь слился с крупной карликовой галактикой примерно 12 миллиардов лет назад. Это событие произошло примерно на 1,8 миллиарда лет раньше, чем ранее установленное слияние с Gaia-Sausage-Enceladus (GSE). Открытие отодвигает известную историю крупных галактических слияний в самые ранние этапы формирования нашей галактики.

«Наш дом — галактика Млечный Путь, но мы не знаем, как был построен наш дом, — говорит Давиде Массари (Davide Massari), ведущий автор исследования из Обсерватории астрофизики и космических наук в Болонье, Италия. — В этой работе мы обнаружили, откуда взялась первая значительная партия кирпичей: от карликовой галактики, которую мы называем LKH».

Недостающая глава в росте Млечного Пути

Сегодня Млечный Путь содержит сотни миллиардов звёзд. Он достиг такого масштаба частично за счёт формирования звёзд из собственного газа, а частично — поглощая звёзды, газ и тёмную материю из меньших галактик.

Некоторые из таких слияний уже хорошо известны. Карликовая галактика Стрелец начала падать в Млечный Путь более 6 миллиардов лет назад, и это взаимодействие продолжается до сих пор.

Ещё раньше, около 10 миллиардов лет назад, Млечный Путь слился с Gaia-Sausage-Enceladus. То событие имело соотношение масс примерно 1 к 4 или 1 к 5 и помогло сформировать толстый звёздный диск галактики через гравитационный нагрев и усиленное звездообразование.

Существовали и свидетельства того, что ещё одно важное слияние произошло даже раньше. Но отделить те древние звёздные популяции оказалось трудно. Молодой Млечный Путь был меньше, что делало его размер более сопоставимым с размерами поглощаемых галактик. Его внутренние области также были динамически хаотичными. За миллиарды лет такое перемешивание может стереть большую часть орбитальных улик, показывающих, где зародились отдельные звёзды.

Древние скопления хранят улики

Массари и его коллеги обратились к шаровым скоплениям — плотным сферическим образованиям, содержащим от десятков тысяч до миллионов звёзд. Эти скопления включают одни из самых старых звёзд Млечного Пути. Поскольку их возраст можно измерить точнее, чем возраст многих отдельных звёзд, они могут сохранять хронологические свидетельства о давно исчезнувших галактиках.

«Благодаря высокому разрешению и глубине снимков „Хаббла“ мы смогли измерить возраст и содержание металлов в этих скоплениях с беспрецедентной точностью, — говорит Кьяра Зербинати (Chiara Zerbinati) из Болонского университета. — В сочетании с измерениями Gaia это позволило выделить популяцию шаровых скоплений, которые отличаются от остальных. Это скопления, рождённые в LKH, и они говорят нам, когда эта галактика была поглощена нашей и насколько массивной она была».

Исследователи проанализировали 39 шаровых скоплений с однородными измерениями возраста. Семнадцать из них находятся во внутренней части Млечного Пути и были изучены с помощью наблюдений «Хаббла» в двух оптических диапазонах. Пятнадцать из этих семнадцати ранее были связаны с группой, известной как популяция с низкой энергией.

Команда сравнила возрасты скоплений, содержание металлов и орбитальные свойства. Металличность показывает обилие элементов тяжелее гелия — ключевой показатель того, в какой среде формировалась звезда. Именно это сравнение позволило выделить скопления, которые не могли образоваться ни в раннем Млечном Пути, ни в более позднем слиянии с Gaia-Sausage-Enceladus.

Наблюдения «Хаббла» за древними шаровыми скоплениями выявили отдельную популяцию, которая не могла сформироваться ни в раннем Млечном Пути, ни в более позднем слиянии Gaia-Sausage-Enceladus. Это открытие даёт астрономам новый способ реконструировать самый ранний рост Млечного Пути и может помочь отделить звёзды, рождённые здесь, от тех, что принесены исчезнувшими галактиками.

Кстати, мы уже писали о том, как Андромеда пережила лобовой таран карликовой галактикой 210 миллионов лет назад — и это напоминает, что подобные столкновения были обычным делом в жизни крупных галактик. А недавний анализ снимков «Хаббла» показал, что 10 миллиардов лет назад массивные галактики росли через частые слияния, но затем этот процесс резко остановился. Теперь же речь идёт о ещё более раннем и крупном слиянии, которое меняет картину начальных этапов формирования нашей галактики.

Астрономы заглянули в прошлое Млечного Пути дальше, чем когда-либо, и нашли там неожиданную встречу. Наблюдения космического телескопа «Хаббл» за древними шаровыми скоплениями выявили следы карликовой галактики, которую наш молодой Млечный Путь поглотил около 12,3 миллиарда лет назад. Это отодвигает известную историю крупных галактических слияний почти на два миллиарда лет в прошлое — и заставляет переписывать ранние главы биографии нашей галактики.

Как «Хаббл» разглядел то, что смешалось миллиарды лет назад

Шаровые скопления — это плотные группы из сотен тысяч звёзд, которые вращаются вокруг галактического центра как древние свидетели. Каждое скопление хранит в себе химический отпечаток той среды, где родилось: металличность звёзд (доля элементов тяжелее водорода и гелия) и их возраст позволяют проследить, как менялось химическое содержимое целой популяции со временем.

Международная команда под руководством Давиде Массари из Болонского университета применила байесовский статистический анализ к данным по 15 шаровым скоплениям, которые «Хаббл» наблюдал в рамках программы GO-13297. Учёные проверяли, сколько различных родительских популяций лучше всего объясняют наблюдаемые закономерности: две, три или четыре. Модель с тремя прародителями дала самые убедительные доказательства.

Третья популяция, которую никто не ждал

Анализ разделил скопления на три группы: те, что сформировались внутри самого Млечного Пути, те, что связаны с известным слиянием Gaia-Sausage-Enceladus (GSE), и промежуточная популяция, не принадлежащая ни одной из них.

Двенадцать из пятнадцати скоплений, ранее классифицированных как группа с низкой энергией, попали именно в эту третью популяцию. Они остаются сконцентрированными в пределах примерно 6 килопарсек от галактического центра. Их последовательность «возраст — металличность» оказалась отчётливо иной, чем у родных скоплений Млечного Пути и у популяции GSE.

Именно это различие позволило исследователям заключить: скопления сформировались в отдельной галактике, которую Млечный Путь поглотил позже. Родительскую галактику назвали Low-energy-Kraken-Heracles, сокращённо LKH. Название объединяет три более ранние линии исследований, которые независимо указывали на древнее событие аккреции или связанную с ним звёздную популяцию.

Масса, время и масштаб катастрофы

Оценки показывают: LKH содержала примерно 500 миллионов солнечных масс в звёздах — по порядку величины сопоставимо с Gaia-Sausage-Enceladus (в пределах погрешностей). Слияние с Млечным Путём произошло около 12,3 миллиарда лет назад, при красном смещении больше 4.

Поскольку ранний Млечный Путь был гораздо меньше, чем сейчас, отношение масс при слиянии, вероятно, превышало 0,2–0,3. Это означает, что LKH составляла существенную долю массы пра-Млечного Пути. Такое столкновение не было лёгким касанием — это было поглощение значимого компаньона.

Спор о древнейших звёздах получает ответ

Открытие напрямую касается давнего вопроса о самых старых звёздах в центре Млечного Пути. Астрономы спорили: сформировались ли эти древние популяции в основном внутри ранней галактики или прибыли через слияния. Химические и орбитальные измерения по отдельности не могли разделить эти возможности.

«Некоторые прошлые исследования утверждали, что самые ранние фазы эволюции нашей галактики определялись звёздами, рождёнными только в нашей галактике, — сказал Массари. — Здесь мы показали, что звёзды, рождённые во внешних галактиках, также нужно принимать во внимание».

Популяция LKH может быть связана со звёздами, ранее идентифицированными как Heracles — бедной металлами популяцией, сосредоточенной во внутренней галактике. Исследователи предупреждают: другие ранние прародители могут оставаться необнаруженными, особенно галактики, в которых не сохранилось шаровых скоплений или чьи скопления были полностью разрушены.

Космологические симуляции поддерживают общую картину. Галактики, похожие на Млечный Путь, обычно переживают от одного до четырёх существенных слияний, и несколько смоделированных галактик воспроизводят закономерности «возраст — металличность», напоминающие три популяции, обнаруженные в наблюдениях.

Новый инструмент для реконструкции прошлого

Работа даёт астрономам более точный хронологический инструмент для восстановления первых этапов роста Млечного Пути. Вместо того чтобы полагаться только на химию звёзд или их нынешние орбитальные движения, исследователи теперь могут комбинировать возрасты и металличности шаровых скоплений, чтобы разделять популяции, перемешавшиеся миллиарды лет назад.

Команда планирует расширить анализ на дополнительные скопления, которые «Хаббл» наблюдает впервые. «Хаббл наблюдает шаровые скопления, которые никогда раньше не изучались, и это поможет нам охарактеризовать события слияния, уходящие далеко в прошлое в истории галактики Млечный Путь», — отметил Фернандо Агуадо-Агелет из Университета Виго и Университета Ла-Лагуна в Испании.

Будущие измерения звёздных возрастов с таких миссий, как PLATO, а также оценки возрастов из данных Gaia помогут восстановить последовательность событий в первый миллиард лет существования Млечного Пути с ещё большей детализацией.

Кстати, мы уже писали о том, как Андромеда пережила лобовой таран карликовой галактикой 210 миллионов лет назад — и вот теперь выясняется, что наш собственный Млечный Путь в молодости пережил нечто подобное, только гораздо раньше и с более серьёзными последствиями. А ранее мы рассказывали о том, как кто-то выключил рост галактик: слияния резко прекратились 10 млрд лет назад — открытие LKH показывает, что самые драматичные слияния происходили ещё до того, как этот «рубильник» сработал.

Астрономы продолжают раскапывать древнейшие слои истории Млечного Пути, и новая находка отодвигает известные нам крупные галактические слияния почти на 2 миллиарда лет в прошлое. Наблюдения космического телескопа «Хаббл» за древними шаровыми скоплениями выявили следы карликовой галактики, которая врезалась в молодой Млечный Путь около 12 миллиардов лет назад. Эту галактику назвали LKH — по первым буквам имён трёх более ранних кандидатов: Low Energy, Kraken и Heracles. Похоже, все они были частями одного и того же разрушенного объекта.

Как нашли галактику-призрак

Международная группа астрономов под руководством Карло Калькатерры из Института астрономии Общества Макса Планка проанализировала данные «Хаббла» по шаровым скоплениям — плотным группам из сотен тысяч звёзд, которые вращаются вокруг галактик. Эти скопления — настоящие окаменелости: они формировались в разное время и из разного материала, поэтому по их составу и движению можно восстановить, откуда они пришли.

Учёные измерили возраст и химический состав скоплений, а затем сравнили их с предсказаниями компьютерных моделей, которые симулируют формирование Млечного Пути. Так они выделили группу скоплений, которые не могли родиться внутри нашей галактики — их вещество слишком бедно металлами. Эти скопления, судя по всему, были захвачены вместе с карликовой галактикой LKH, когда та слилась с Млечным Путём.

Что такое LKH и почему это важно

LKH — это не просто очередная поглощённая галактика. Её масса оказалась внушительной: примерно в 100 миллионов раз больше массы Солнца, что сопоставимо с массой Магеллановых Облаков. Слияние произошло, когда Млечный Путь был ещё совсем юным — ему тогда было всего около 1,5 миллиарда лет. Это событие, по всей видимости, стало одним из ключевых в формировании галактического балджа — центральной сфероидальной области, где сосредоточено большинство старых звёзд.

До сих пор самым древним известным крупным слиянием считалось столкновение с Gaia-Sausage-Enceladus, которое произошло примерно 10 миллиардов лет назад. Теперь же выясняется, что Млечный Путь пережил масштабное слияние ещё раньше — и это меняет картину его ранней эволюции.

Галактическая археология: как читать следы

Открытие стало возможным благодаря методам «галактической археологии» — новой области, которая использует данные о движении и химическом составе звёзд для реконструкции событий многомиллиардной давности. Миссия Gaia сыграла здесь ключевую роль: она измерила положения и скорости миллиардов звёзд, что позволило выявить группы звёзд, движущихся вместе, — такие группы часто оказываются остатками разрушенных галактик.

В частности, исследователи использовали данные APOGEE и Gaia, чтобы отделить звёзды, родившиеся внутри раннего Млечного Пути, от тех, что были принесены извне. Это непростая задача: за миллиарды лет звёзды перемешиваются, и их орбиты меняются. Но химический состав — надёжная метка: звёзды, рождённые в карликовых галактиках, содержат меньше тяжёлых элементов, чем их «местные» собратья.

Древнейший диск и его выживание

Отдельное исследование, опубликованное в Nature Astronomy в 2025 году, показало, что в Млечном Пути существует дисковая популяция звёзд старше 13 миллиардов лет. Эти звёзды пережили все последующие слияния, включая столкновение с LKH. Это удивительно: обычно считается, что крупные слияния разрушают диски. Но, возможно, ранний диск был достаточно массивным, чтобы выстоять, или же слияние произошло под особенно удачным углом.

Теперь перед астрономами стоит задача: понять, как именно LKH повлияла на формирование галактического балджа и как различать звёзды, пришедшие из разных поглощённых галактик. Ответы на эти вопросы помогут не только восстановить биографию Млечного Пути, но и понять, как вообще растут галактики во Вселенной.

Кстати, мы уже писали о том, как слияния галактик могут останавливаться: как кто-то выключил рост галактик. Возможно, LKH — одно из последних крупных слияний в той эпохе, после которой процесс пошёл на убыль.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.