Балдж Чумацького Шляху — це щільна центральна частина Галактики, яка сформувалася на найранніших етапах її існування. Проблема в тому, що мільярди років злиттів, приливних взаємодій і внутрішньої еволюції практично стерли первісну структуру цієї області. Прямих слідів епохи народження балджа майже не залишилося.
Виняток становлять кулясті скупчення — щільні групи з десятків і сотень тисяч зірок, які утворилися одночасно і з тих пір існують як єдина система. Якщо скупчення пережило мільярди років, воно зберігає хімічний і віковий "відбиток" епохи свого народження. Саме тому кулясті скупчення в напрямку балджа — один із небагатьох інструментів, що дозволяють зазирнути у ранню історію Галактики.
Фотометрія Hubble крізь щільне зоряне поле балджа
Tonantzintla 2 розташоване прямо в напрямку балджа, тому спостерігати його складно: скупчення проєктується на щільне зоряне поле, а міжзоряний пил сильно послаблює і почервонює світло. Дослідники визначили почервоніння E(B−V) = 1,44 — це дуже високе значення, яке свідчить про товстий шар пилу на лінії зору.
Щоб отримати чисті дані, команда використала фотометрію космічного телескопа Hubble — камери WFC3 та Advanced Camera for Surveys (ACS), з корекцією за власним рухом зірок. Це дозволило відфільтрувати зірки поля, що не належать скупченню, і побудувати точну діаграму "колір — світність" — основний інструмент для визначення віку зоряних систем.
За цією діаграмою методом підбору ізохрон (теоретичних ліній, що описують зірки одного віку і складу) команда визначила фундаментальні параметри Tonantzintla 2: металічність [M/H] = −0,68 (помірно металеве скупчення) та геліоцентричну відстань d = 7,38 кпк — це приблизно 24 000 світлових років від Сонця.
Вік 13,6 мільярда років і межа зореутворення
Головний результат ізохронного аналізу — вік скупчення: 13,58 мільярда років (з невизначеністю приблизно від −1 до +0,72 мільярда років). Це один із найстаріших вік серед усіх кулястих скупчень, коли-небудь вивчених, і найстаріший — серед скупчень балджа.
Вік Всесвіту становить близько 13,8 мільярда років. Якщо відняти вік Tonantzintla 2, виходить, що зірки скупчення утворилися приблизно через 200 мільйонів років після Великого вибуху.
Це накладає жорстке обмеження на хронологію формування внутрішньої Галактики: зореутворення в майбутньому балджі почалося дуже рано, практично одразу після завершення епохи реіонізації Всесвіту. Скупчення такого віку — рідкісний орієнтир, за яким можна калібрувати моделі формування Чумацького Шляху.
Хімія семи зірок вказує на місцеве народження
Окрім фотометрії, дослідники проаналізували хімічний склад семи зірок-членів скупчення за даними спектрографа високої роздільної здатності APOGEE.
Розподіл хімічних елементів у цих зірках відповідає патерну збагачення, характерному саме для внутрішньої Галактики, а не для систем, захоплених ззовні (наприклад, кишень карликових галактик, які колись злилися з Чумацьким Шляхом). Це означає, що Tonantzintla 2, найімовірніше, народилося на місці — in situ, у речовині, з якої формувався сам балдж.
Поєднання двох незалежних ліній доказів — фотометричного віку і хімічного складу — робить Tonantzintla 2 винятково цінним об'єктом. Це не просто старе скупчення, а зразок речовини, що зазнала хімічного збагачення на самих ранніх етапах існування Галактики.
Що це змінює
Дослідники наголошують, що Tonantzintla 2 — один із найточніше на сьогодні охарактеризованих кулястих скупчень балджа. Його вік ставить жорстку нижню межу на момент початку зореутворення у внутрішній Галактиці.
Подібні об'єкти рідкісні саме через складність спостережень: щільне зоряне поле і пил балджа маскують більшість потенційних реліктів. Успішний аналіз Tonantzintla 2 демонструє, що поєднання точної фотометрії Hubble з високоякісною спектроскопією дозволяє видобувати надійні дані навіть із найважчих для спостережень ділянок Галактики.
