Астрономы из США и Великобритании экспериментально подтвердили одну из теорий развития звёздного диска спиральных галактик.

Размер диска в Млечном Пути, содержащего Солнце и бóльшую часть других звёзд, оценивается в 120 000 световых лет. Точный механизм его формирования неизвестен, но некоторые закономерности можно проследить, выяснив, как изменяется металличность — относительная концентрация элементов тяжелее гелия — при движении в пространстве диска.

Поскольку звёзды, источники тяжёлых элементов, концентрируются в центре спиральных галактик, металличность здесь достигает максимума и убывает с ростом расстояния от центра. Чтобы восстановить по этим данным историю развития звёздного диска, необходимо, очевидно, знать, как градиент металличности меняется со временем. В некоторых моделях он постепенно становится более пологим, в других — более крутым; сделать выбор можно только по результатам наблюдений спиральных галактик, удалённых на миллиарды световых лет.

Малые угловые размеры и низкая яркость удалённых галактик не позволяют выполнить такие наблюдения на телескопах текущего поколения, но астрономам, как и в другой сегодняшней заметке «КЛ», помог эффект гравитационного линзирования. Роль линзы исполнило массивное скопление галактик MACS J1149.5+2223, расположенное на красном смещении z = 0,544. Сразу четыре изображения галактики с развитыми спиральными рукавами, находящейся за MACS J1149.5+2223, были обнаружены в 2009-м при анализе снимков, переданных «Хабблом»; самое крупное из этих изображений гравитационно увеличено примерно в 22 раза. 

Градиент металличности авторы оценили с помощью спектрографа OSIRIS телескопа Кек II. Как оказалось, на дистанции в 10 000 световых лет при движении в сторону края диска галактики металличность падает сразу на 68% (в Млечном Пути — на 35%).

Красное смещение для этой спиральной галактики оценивается в 1,49. Выходит, мы смотрим на 9,3 млрд лет назад — наблюдаем её такой, какой она была через 4,4 млрд лет после Большого взрыва.

Крутой градиент металличности в молодой галактике, по словам не принимавшего участия в исследовании сотрудника Калифорнийского технологического института Эндрю Бенсона (Andrew Benson), полностью соответствует модели развития диска в направлении от центра к краям. На начальном этапе эволюции сравнительно большая масса звёзд образуется в середине, быстро увеличивая локальную металличность, а после этого светила постепенно заполняют периферийные участки диска, и градиент становится пологим.

Конечно, отбраковать остальные модели по результатам изучения отдельной спиральной галактики невозможно; учёным явно понадобятся данные по другим линзированным объектам или более совершенные телескопы.