Od narodzin współczesnej astronomii naukowcy starali się ustalić pełny zasięg galaktyki Drogi Mlecznej i dowiedzieć się więcej o jej strukturze, formowaniu i ewolucji. Według aktualnych teorii powszechnie uważa się, że Droga Mleczna powstała wkrótce po Wielkim Wybuchu (około 13,51 miliarda lat temu). Było to wynikiem pierwszych gwiazd i gromad gwiazd, a także akrecji gazu bezpośrednio z halo galaktycznego.
Od tego czasu uważa się, że wiele galaktyk połączyło się z Drogą Mleczną, co spowodowało powstanie nowych gwiazd. Ale według nowego badania przeprowadzonego przez zespół japońskich naukowców nasza galaktyka ma bardziej burzliwą historię niż wcześniej sądzono. Zgodnie z ich odkryciami Droga Mleczna przeżyła uśpioną erę między dwoma okresami formowania się gwiazd, które trwały miliardy lat, skutecznie ginąc przed powrotem do życia.
Ich badanie, zatytułowane „Formowanie gwiazd sąsiedztwa słonecznego w dwóch pokoleniach oddzielonych 5 miliardami lat”, niedawno ukazało się w czasopiśmie naukowym Natura. Badanie zostało przeprowadzone przez Masafumi Noguchi, astronoma z Instytutu Astronomicznego Uniwersytetu Tohoku w Japonii. Korzystając z nowego pomysłu znanego jako „narastanie zimnego przepływu”, Noguchi obliczył ewolucję Drogi Mlecznej w okresie 10 miliardów lat.
Ta idea akrecji zimnego gazu została po raz pierwszy zaproponowana przez Avishai Dekela - Andrzeja Aisenstadta, fizyka teoretyczna na Uniwersytecie Hebrajskim w Jerozolimie - i jego kolegów, aby wyjaśnić, w jaki sposób galaktyki akceptują gaz z otaczającej przestrzeni podczas ich formowania. Pojęcie formacji dwuetapowej zostało również zasugerowane w przeszłości przez Yuvala Birnboima - starszego wykładowcę na Uniwersytecie Hebrajskim - i jego kolegów, aby wyjaśnić powstawanie bardziej masywnych galaktyk w naszym Wszechświecie.
Jednak po skonstruowaniu modelu Drogi Mlecznej z wykorzystaniem danych dotyczących składu jej gwiazd, Noguchi doszedł do wniosku, że nasza galaktyka również doświadczyła dwóch etapów formowania się gwiazd. Według jego badań historię Drogi Mlecznej można rozpoznać, patrząc na pierwiastkowe kompozycje jej gwiazd, które są wynikiem składu gazu, z którego powstają.
Patrząc na gwiazdy w sąsiedztwie Słońca, wiele badań astronomicznych zauważyło, że istnieją dwie grupy o różnych składach chemicznych. Jeden jest bogaty w pierwiastki takie jak tlen, magnez i krzem (pierwiastki alfa), a drugi bogaty w żelazo. Przyczyną tej dychotomii była od dawna tajemnica, ale model Noguchi zapewnia możliwą odpowiedź.
Według tego modelu Droga Mleczna rozpoczęła się, gdy strumienie zimnego gazu narastały w galaktyce i doprowadziły do powstania gwiazd pierwszej generacji. Gaz ten zawierał elementy alfa w wyniku krótkotrwałych supernowych typu II - gdzie gwiazda ulega zapadnięciu się rdzenia pod koniec swojego cyklu życia, a następnie eksploduje - uwalniając te pierwiastki do ośrodka międzygalaktycznego. Doprowadziło to do tego, że pierwsza generacja gwiazd była bogata w pierwiastki alfa.
Następnie, około 7 miliardów lat temu, pojawiły się fale uderzeniowe, które podgrzały gaz do wysokich temperatur. To spowodowało, że zimny gaz przestał napływać do naszej galaktyki, powodując zaprzestanie tworzenia się gwiazd. W naszej galaktyce trwał dwa miliardy lat spoczynku. W tym czasie długo żyjące supernowe typu Ia - które występują w układach podwójnych, w których biały karzeł stopniowo wysysa materiał ze swojego towarzysza - wstrzykuje żelazo do gazu międzygalaktycznego i zmienia swój skład elementarny.
Z biegiem czasu gaz międzygalaktyczny zaczął się ochładzać, emitując promieniowanie i zaczął płynąć z powrotem do galaktyki 5 miliardów lat temu. Doprowadziło to do powstania drugiej generacji formacji gwiazd, w tym naszego Słońca bogatego w żelazo. Chociaż formacja dwustopniowa sugerowała w przeszłości o wiele masywniejsze galaktyki, Noguchi był w stanie potwierdzić, że ten sam obraz dotyczy naszej własnej Drogi Mlecznej.
Co więcej, inne badania wykazały, że to samo może dotyczyć najbliższego sąsiada Drogi Mlecznej, Galaktyki Andromedy. Krótko mówiąc, model Noguchi przewiduje, że masywne galaktyki spiralne doświadczają przerwy w formowaniu gwiazd, podczas gdy mniejsze galaktyki powodują, że gwiazdy są stale.
W przyszłości obserwacje istniejących teleskopów i nowej generacji prawdopodobnie dostarczą dodatkowych dowodów na to zjawisko i powiedzą nam znacznie więcej na temat powstawania galaktyk. Na tej podstawie astronomowie będą mogli budować coraz dokładniejsze modele ewolucji wszechświata w czasie.
