Столкновение галактик млечный путь и туманность андромеды. Столкновение галактик: Млечный Путь и Андромеда Галактике но начнем с реальных
0 👁 692
В то время как большинство галактик мчатся от нас в результате расшерения , Местная группа гравитационно связаны друг с другом, и будет продолжать взаимодействовать в течение ближайших лет.
Когда наше родилось, 4,7 миллиарда лет назад, Андромеда и Млечный Путь были на расстоянии 4,2 миллиона световых лет друг от друга. В результате неуклонного движения в течении миллиардов лет, они скоротили расстояние между друг другом на 1,6 миллиона световых лет и явно взяли курс на столкновение.
Столкновение Млечного Пути и Галактики Андромеды (M31), как предполагают, случится приблизительно через четыре миллиарда лет. Как и при всех таких столкновениях, маловероятно, что объекты вроде , содержащихся в каждой галактике, действительно столкнутся друг с другом из-за малой концентрации вещества в галактиках и крайней удалённости объектов друг от друга.
Исходя из расчётов, звёзды и газ галактики Андромеда будут видны невооружённым глазом примерно через три миллиарда лет. В результате столкновения галактики в течение примерно одного-двух миллиардов лет сольются в одну гигантскую галактику. Для новообразованной галактики предлагались различные названия, к примеру Млекомеда.
В данный момент точно не известно, произойдёт столкновение или нет. Известно, что галактика Андромеды приближается к Млечному Пути со скоростью около 120 км/с, но произойдёт ли столкновение или галактики просто разойдутся, выяснить пока нельзя.
Согласно опубликованным в сентябре 2014 года данным, по одной из моделей, через 4 млрд. лет Млечный Путь «поглотит» Большое и Малое Магеллановы Облака, а через 5 млрд. лет сам будет поглощён Туманностью Андромеды.
Проявления этого столкновения будут происходить крайне медленно и могут быть вообще не замечены с невооружённым глазом. Вероятность какого-либо непосредственного воздействия на Солнце и мала. Но с другой стороны не исключено, что во время столкновения силами гравитации будет целиком выброшена из новой галактики и станет странствующим межгалактическим объектом.
Это не вызовет негативных последствий для нашей системы, если не считать постепенного исчезновения красивого звёздного неба. Вероятность вылета из диска Млечного Пути во время первого этапа столкновения сегодня оценивается в 12 %, а вероятность захвата Андромедой в 3 %. К тому времени гораздо большее значение для жизни на Земле будет иметь эволюция Солнца и последующее превращение его в через 5-6 миллиардов лет.
По материалам
Астрономия - это удивительно увлекательная наука, открывающая пытливым умам все многообразие Вселенной. Вряд ли есть люди, которые в детстве никогда не наблюдали бы за россыпью звезд на ночном небе. Особенно красиво выглядит эта картина в летний период, когда звезды кажутся такими близкими и невероятно яркими. В последние годы астрономов по всему миру особо интересует Андромеда - галактика, расположенная ближе всего к нашему родному Млечному Пути. Мы решили выяснить, что именно так привлекает в ней ученых и можно ли увидеть ее невооруженным глазом.
Андромеда: краткая характеристика
Галактика Туманность Андромеды, или просто Андромеда, является одной из самых крупных. Она больше нашего Млечного Пути, где расположена Солнечная система, приблизительно в три-четыре раза. В ней, по предварительным подсчетам, около одного триллиона звезд.
Андромеда - галактика спиральная, ее можно увидеть на ночном небе даже без специальных оптических приспособлений. Но учтите, что свет от этого звездного скопления идет до нашей Земли более двух с половиной миллионов лет! Астрономы говорят, что сейчас мы видим Туманность Андромеды такой, какой она была два миллиона лет назад. Это ли не диво?
Туманность Андромеды: из истории наблюдений
В первый раз Андромеда была замечена астрономом из Персии. Он внес ее в каталог в девятьсот сорок шестом году и описал как туманное свечение. Спустя семь веков галактика была описана немецким астрономом, который наблюдал за ней в течение долгого времени с помощью телескопа.
В середине девятнадцатого века астрономы определили, что спектр Андромеды существенно отличается от известных до этого галактик, и сделали предположение, что она состоит из многих звезд. Данная теория себя полностью оправдала.
Галактика Андромеда, фото которой было сделано только в конце девятнадцатого века, имеет спиральную структуру. Хотя в те времена она считалась всего лишь крупной частью Млечного Пути.
Строение галактики
С помощью современных телескопов астрономам удалось провести анализ строения Туманности Андромеды. Телескоп "Хаббл" позволил разглядеть около четырехсот молодых звезд, вращающихся вокруг черной дыры. Возраст этого звездного скопления насчитывает приблизительно двести миллионов лет. Такое строение галактики весьма удивило ученых, ведь до сих пор они даже не представляли, что вокруг черной дыры могут формироваться звезды. Согласно всем известным до этого законам, процесс сгущения газа до образования из него звезды просто невозможен в условиях черной дыры.
Туманность Андромеды имеет несколько спутниковых карликовых галактик, они расположены на ее окраине и могли оказаться там в результате поглощения. Это вдвойне интересно в связи с тем, что астрономы прогнозируют столкновение Млечного Пути и Галактики Андромеды. Правда, случится это феноменальное событие еще очень нескоро.
Галактика Андромеды и Млечный Путь: движение навстречу друг другу
Ученые уже достаточно давно делают определенные прогнозы, наблюдая за движением обеих звездных систем. Дело в том, что Андромеда - галактика, постоянно продвигающаяся по направлению к Солнцу. В начале двадцатого века американский астроном сумел вычислить скорость, с какой происходит данное движение. Эту цифру, составляющую триста километров в секунду, до сих пор используют все астрономы мира в своих наблюдениях и расчетах.
Тем не менее их расчеты существенно разнятся. Одни ученые утверждают, что галактики столкнутся только через семь миллиардов лет, а вот другие уверены, что скорость движения Андромеды постоянно растет, и встречу можно ожидать уже через четыре миллиарда лет. Ученые не исключают такого варианта развития событий, при котором через несколько десятков лет эта прогнозируемая цифра еще раз существенно уменьшится. В настоящий момент все же принято считать, что столкновения не стоит ожидать ранее чем через четыре миллиарда лет. Чем же грозит нам Андромеда (галактика)?
Столкновение: что произойдет?
Так как поглощение Млечного Пути Андромедой неизбежно, астрономы пытаются смоделировать ситуацию, чтобы иметь хотя бы какую-нибудь информацию о данном процессе. По компьютерным данным, в результате поглощения Солнечная система окажется на окраине галактики, она перелетит на расстояние сто шестьдесят тысяч световых лет. По сравнению с сегодняшним положением нашей Солнечной системы к центру галактики, она удалится от него на двадцать шесть тысяч световых лет.
Новая будущая галактика уже получила название - Млечномеда, и астрономы утверждают, что за счет слияния она омолодится как минимум на полтора миллиарда лет. При этом в процессе будут образовываться новые звезды, что сделает нашу галактику гораздо более яркой и красивой. А еще она поменяет форму. Сейчас Туманность Андромеды находится к Млечному Пути под некоторым углом, но в процессе слияния получившаяся система приобретет форму эллипса и станет более объемной, если можно так выразиться.
Судьба человечества: выживем ли мы при столкновении?
А что будет с людьми? Как отразится встреча галактик на нашей Земле? Удивительно, но ученые утверждают, что абсолютно никак!!! Все изменения будут выражаться в появлении новых звезд и созвездий. Карта неба полностью поменяется, ведь мы окажемся в абсолютно новом и неизведанном уголке галактики.
Конечно, некоторые астрономы оставляют крайне ничтожный процент негативного развития событий. В этом сценарии Земля может столкнуться с Солнцем или иным звездным телом из галактики Андромеды.
Есть ли в Туманности Андромеды планеты?
Поиском планет в галактиках ученые занимают регулярно. Они не оставляют попыток обнаружить на просторах Млечного Пути планету, приближенную по характеристикам к нашей Земле. В настоящий момент уже более трехсот объектов были открыты и описаны, но все они расположены в нашей звездной системе. В последние годы астрономы стали все более пристально присматриваться к Андромеде. Есть ли там вообще планеты?
Тринадцать лет назад группа астрономов с помощью новейшего метода высказала гипотезу, что у одной из звезд Туманности Андромеды находится планета. Ее предположительная масса составляет шесть процентов от самой крупной планеты нашей Солнечной системы - Юпитера. Его масса в триста раз превышает массу Земли.
В настоящий момент данное предположение находится на стадии проверки, но имеет все шансы стать сенсацией. Ведь до сих пор астрономы не обнаруживали планет в иных галактиках.
Подготовка к поиску галактики на небе
Как мы уже говорили, даже невооруженным глазом можно увидеть соседнюю галактику на ночном небе. Конечно, для этого необходимо иметь некоторые познания в области астрономии (по крайней мере, знать, как выглядят созвездия, и уметь их находить).
К тому же разглядеть определенные скопления звезд в ночном небе города практически невозможно - световое загрязнение помешает наблюдателям увидеть хотя бы что-нибудь. Поэтому если вы все-таки желаете увидеть Туманность Андромеды своими собственными глазами, то отправляйтесь в конце лета в деревню или хотя бы в городской парк, где нет большого количества фонарей. Лучшим временем для наблюдения является октябрь, но и с августа по сентябрь она довольно отчетливо видна над горизонтом.
Туманность Андромеды: схема поиска
Многие молодые астрономы-любители мечтают узнать, как выглядит на самом деле Андромеда. Галактика на небе напоминает небольшое светлое пятнышко, но найти ее можно благодаря ярким звездам, которые расположены поблизости.
Проще всего нужно отыскать на осеннем небе Кассиопею - она похожа на букву W, только более растянутую, чем принято обозначать её на письме. Обычно созвездие хорошо просматривается в Северном полушарии и находится в восточной части неба. Галактика Туманность Андромеды располагается ниже. Чтобы увидеть ее, необходимо отыскать еще несколько ориентиров.
Ими служат три яркие звезды ниже Кассиопеи, они вытянуты в линию и имеют красно-оранжевый оттенок. Средняя из них, Мирак, является самым точным ориентиром для начинающих астрономов. Если от нее вы проведете прямую линию вверх, то заметите небольшое светящееся пятно, напоминающее облако. Именно этот свет и будет галактикой Андромеды. Причем то свечение, которые вы сможете наблюдать, было отправлено к Земле еще тогда, когда на планете не было ни одного человека. Удивительный факт, не так ли?
В бескрайнем космическом пространстве различные по массе и объему небесные тела периодически сталкиваются друг с другом: астероиды и метеоры падают на планеты и спутники, одни звезды поглощаются другими...
Но, оказывается, входят во взаимный контакт и галактики — гигантские небесные структуры, состоящие из многих десятков миллиардов звезд. Столкновение таких громадных космических объектов происходит, естественно, с высвобождением энергии и перемещения масс в количествах, не поддающихся даже самому богатому воображению.
Конечно же, столкновение галактик вовсе не подразумевает, что происходят массовые соударения отдельных звезд. И в принципе, ничего странного в этом нет, так как звезды находятся на громадном удалении друг от друга: по крайней мере эти расстояния в сотни миллионов раз превышают собственные диаметры светил.
А вот галактики, в отличие от звезд, размещены относительно недалеко друг от друга: промежутки между этими звездными скоплениями превосходят их размеры всего лишь в десятки и сотни раз.
Соответственно и столкновения галактик происходят значительно чаще, чем звезд. А поскольку у галактик может быть разная форма — спиральная, эллиптическая и неправильная, то их столкновения друг с другом происходят тоже по-разному. Они могут или пролетать на близком расстоянии одна от другой, или цепляться друг за друга, или даже фронтально соударяться.
В результате этих взаимодействий нередко существенно меняется и внешний вид звездных скоплений. При этом таким процессам подвергается около двух процентов галактик, расположенных на относительно небольшом от Земли расстоянии.
Так, в созвездии Ворона, на расстоянии в 63 миллиона световых лет от Земли, находится самая близкая к нашей планете пара сталкивающихся звездных скоплений NGC4038 и NGC4039, более известных как «Антенные» галактики. Связано такое название с тем, что к ним примыкают длинные, состоящие из газа и звезд, лентовидные образования, напоминающие две антенны.
Детальные исследования этих двух галактик выявили в них более тысячи возникших в недавнем прошлом шаровидных звездных скоплений, в каждом из которых — до миллиона солнц. При этом эти шаровидные образования довольно молоды: их возраст — около сотни миллионов лет. Образовались же они под влиянием приливных сил, появившихся в ходе сближения двух галактик.
Впрочем, следует указать, что силы тяготения во время столкновения звездных систем существенной роли не играют. Более важными являются гравитационные взаимодействия отдельных участков галактик: две близко расположенные области притягивают друг друга значительно сильнее, чем те, которые находятся на отдаленном расстоянии одна от другой.
В результате гравитации возникают приливные силы, растягивающие галактики в длину или же изгибающие их. Причем происходят подобные изменения в форме звездных островов даже тогда, когда они лишь проносятся на близком расстоянии друг от друга, не приходя в непосредственное соприкосновение.
А вот что произойдет с формой галактик при их столкновении, зависит как от геометрии удара, так и от скорости, с которой он совершается.
Так, когда галактики сближаются со скоростью 200 километров в секунду, они обычно сливаются, словно две капли жидкости. Когда же скорость столкновения достигает 600 километров в секунду, то звездные острова проходят сквозь друг друга, как два призрака. А если сближение происходит при скорости в 1000 километров в секунду, галактики разлетаются на осколки, как столкнувшиеся стеклянные шары.
В процессе взаимодействия галактик меняется не только их форма, но и происходят разнообразные перемещения облаков газа и пыли. А это — огромный объем вещества: например, в спиральных системах его количество составляет до 20 процентов их видимой массы. Впоследствии, уплотняясь под воздействием приливных сил, эта облака формируют новые звезды. А поскольку процесс появления молодых небесных тел идет очень быстро, то и светимость галактик за немногие миллионы лет многократно увеличивается.
Таким образом, можно уверенно говорить, что космические столкновения не уничтожают обитателей неба, а, наоборот, способствуют появлению молодых звезд и галактик. То есть по сути, омолаживают космос.
С помощью современных средств наблюдения в «Антенных» галактиках ученые даже смогли увидеть детали появления звездных скоплений. «Число шаровидных звездных скоплений, увиденных нами, было поразительным, — резюмировал полученные результаты американский астроном Брад Уитморе. — До сих пор мы думали, что шаровые скопления как в нашей, так и в других галактиках, состоят из старых звезд. Оказывается, не всегда так. Понимание такого факта должно изменить нашу точку зрения на поздние фазы развития звезд, а также повлиять на определение времени различных небесных событий».
Основываясь на полученных данных, ученые могут делать важный для астрономии вывод, что столкновения галактик — один из значимых факторов в жизни космоса. При этом в прошлом взаимодействующих галактик было гораздо больше, чем в настоящее время. И связано это, вероятнее всего, с тем, что раньше сама Вселенная была гораздо меньше, а значит, звезды находились на более близких расстояниях одна от другой. Следовательно, они и ударялись или соприкасались намного чаще.
Кстати, изучая результаты взаимодействия звездных систем, ученые установили, что удаленные от нас на миллиарды световых лет галактические скопления составлены преимущественно из спиральных галактик, которые, вероятно, являются самыми древними во Вселенной. А вот скопления, расположенные на меньшем от нас удалении, представлены в основном эллиптическими галактиками. Причем некоторые из них являются космическими гигантами. А стали они таковыми скорее всего потому, что в ходе своего развития за миллиарды лет «проглотили» дюжины других галактик.
Но не только о прошлом могут рассказать следы, оставленные на «теле» галактик во время былых соударений. Так, «Антенные» галактики могут помочь заглянуть в далекое будущее: например, «показать», что может случиться в отдаленной перспективе с Млечным Путем. Сейчас навстречу друг другу несутся два громадных звездных острова: наша звездная система и туманность Андромеды. В настоящее время их разделяет, казалось бы, невероятно большое расстояние в 2,9 миллиона световых лет. Но и скорость их сближения тоже огромна — 300 километров в секунду.
В конце концов через три миллиарда лет эти две системы, вероятнее всего, окажутся рядом друг с другом. А вот о том, что произойдет в результате этого сближения, можно только гадать. Возможно, последует сильнейшее столкновение, а возможно, галактики пролетят рядом друг с другом.
Но даже если галактики не столкнутся, а всего лишь разминутся на близком расстоянии, взаимное притяжение заставит их изменить свои траектории. Есть также вероятность, что затем они сольются и дадут жизнь новой эллиптической системе.
А произойдет это тогда, когда наше Солнце превратится в умирающую звезду. Но в это время на небосводе над мертвой Землей будут уже гореть яркие огни светил во вновь рожденных звездных шаровых скоплениях.
В бескрайнем космическом пространстве различные по массе и объему небесные тела периодически сталкиваются друг с другом: астероиды и падают на планеты и спутники, одни поглощаются другими…
Но, оказывается, входят во взаимный контакт и галактики - гигантские небесные структуры, состоящие из многих десятков миллиардов звезд. Столкновение таких громадных космических объектов происходит, естественно, с высвобождением энергии и перемещения масс в количествах, не поддающихся даже самому богатому воображению.
Конечно же, столкновение галактик вовсе не подразумевает, что происходят массовые соударения отдельных звезд. И в принципе, ничего странного в этом нет, так как звезды находятся на громадном удалении друг от друга: по крайней мере эти расстояния в сотни миллионов раз превышают собственные диаметры светил.
А вот галактики, в отличие от звезд, размещены относительно друг от друга: промежутки между этими звездными скоплениями превосходят их размеры всего лишь в десятки и сотни раз.
Соответственно и столкновения галактик происходят значительно чаще, чем звезд. А поскольку у галактик может быть разная форма - спиральная, эллиптическая и неправильная, то их столкновения друг с другом происходят тоже по-разному. Они могут или пролетать на близком расстоянии одна от другой, или цепляться друг за друга, или даже фронтально соударяться.
Что происходит при столкновении галактик
В результате этих взаимодействий нередко существенно меняется и внешний вид звездных скоплений. При этом таким процессам подвергается около двух процентов галактик, расположенных на относительно небольшом от Земли расстоянии.
Так, в созвездии Ворона , на расстоянии в 63 миллиона световых лет от Земли, находится самая близкая к нашей планете пара сталкивающихся звездных скоплений NGC4038 и NGC4039, более известных как «Антенные» галактики. Связано такое название с тем, что к ним примыкают длинные, состоящие из газа и звезд, лентовидные образования, напоминающие две антенны.
Детальные исследования этих двух галактик выявили в них более тысячи возникших в недавнем прошлом шаровидных звездных скоплений, в каждом из которых - до миллиона солнц. При этом эти шаровидные образования довольно молоды: их возраст - около сотни миллионов лет. Образовались же они под влиянием приливных сил, появившихся в ходе сближения двух галактик.
Впрочем, следует указать, что силы тяготения во время столкновения звездных систем существенной роли не играют. Более важными являются гравитационные взаимодействия отдельных участков галактик: две близко расположенные области притягивают друг друга значительно сильнее, чем те, которые находятся на отдаленном расстоянии одна от другой.
В результате гравитации возникают приливные силы, растягивающие галактики в длину или же изгибающие их. Причем происходят подобные изменения в форме звездных островов даже тогда, когда они лишь проносятся на близком расстоянии друг от друга, не приходя в непосредственное соприкосновение.
А вот что произойдет с формой галактик при их столкновении, зависит как от геометрии удара, так и от скорости, с которой он совершается.
- Когда галактики сближаются со скоростью 200 километров в секунду, они обычно сливаются, словно две капли жидкости.
- Когда же скорость столкновения достигает 600 километров в секунду, то звездные острова проходят сквозь друг друга, как два призрака.
- А если сближение происходит при скорости в 1000 километров в секунду, галактики разлетаются на осколки, как столкнувшиеся стеклянные шары.
Последствия столкновения галактик
В процессе взаимодействия галактик меняется не только их форма, но и происходят разнообразные перемещения облаков . А это - огромный объем вещества: например, в спиральных системах его количество составляет до 20 процентов их видимой массы. Впоследствии, уплотняясь под воздействием приливных сил, эта облака формируют новые звезды. А поскольку процесс появления молодых небесных тел идет очень быстро, то и светимость галактик за немногие миллионы лет многократно увеличивается.
Таким образом, можно уверенно говорить, что космические столкновения не уничтожают обитателей неба, а, наоборот, способствуют появлению молодых звезд и галактик. То есть по сути, омолаживают космос.
С помощью современных средств наблюдения в «Антенных» галактиках ученые даже смогли увидеть детали появления звездных скоплений.
«Число шаровидных звездных скоплений, увиденных нами, было поразительным , - резюмировал полученные результаты американский астроном Брад Уитморе. - До сих пор мы думали, что шаровые скопления как в нашей, так и в других галактиках, состоят из старых звезд. Оказывается, не всегда так. Понимание такого факта должно изменить нашу точку зрения на поздние фазы развития звезд, а также повлиять на определение времени различных небесных событий».
Основываясь на полученных данных, ученые могут делать важный для астрономии вывод, что столкновения галактик - один из значимых факторов в жизни космоса. При этом в прошлом взаимодействующих галактик было гораздо больше, чем в настоящее время. И связано это, вероятнее всего, с тем, что раньше сама Вселенная была гораздо меньше, а значит, звезды находились на более близких расстояниях одна от другой. Следовательно, они и ударялись или соприкасались намного чаще.
Кстати, изучая результаты взаимодействия звездных систем, ученые установили, что удаленные от нас на миллиарды световых лет галактические скопления составлены преимущественно из спиральных галактик, которые, вероятно, являются самыми древними во Вселенной. А вот скопления, расположенные на меньшем от нас удалении, представлены в основном эллиптическими галактиками. Причем некоторые из них являются космическими гигантами. А стали они таковыми скорее всего потому, что в ходе своего развития за миллиарды лет «проглотили» дюжины других галактик.
Но не только о прошлом могут рассказать следы, оставленные на «теле» галактик во время былых соударений. Так, «Антенные» галактики могут помочь заглянуть в далекое будущее: например, «показать», что может случиться в отдаленной перспективе с .
Сейчас навстречу друг другу несутся два громадных звездных острова: наша звездная система и туманность Андромеды . В настоящее время их разделяет, казалось бы, невероятно большое расстояние в 2,9 миллиона световых лет. Но и скорость их сближения тоже огромна - 300 километров в секунду.
В конце концов через три миллиарда лет эти две системы, вероятнее всего, окажутся рядом друг с другом. А вот о том, что произойдет в результате этого сближения, можно только гадать. Возможно, последует сильнейшее столкновение, а возможно, галактики пролетят рядом друг с другом.
Но даже если галактики не столкнутся, а всего лишь разминутся на близком расстоянии, взаимное притяжение заставит их изменить свои траектории. Есть также вероятность, что затем они сольются и дадут жизнь новой эллиптической системе.
А произойдет это тогда, когда наше Солнце превратится в умирающую звезду. Но в это время на небосводе над мертвой Землей будут уже гореть яркие огни светил во вновь рожденных звездных шаровых скоплениях.
Спиральная галактика Водоворот (M51, NGC 5194/95). Ее ярко выраженная спиральная структура, по-видимому, возникла из-за гравитационного влияния меньшей галактики NGC 5195 (справа), свет которой частично заслоняется пылью на конце спирального рукава M51
Галактики представляются нам совершенно неизменными и стабильными объектами, но на самом деле их жизнь полна движения. Вселенная же подобна гигантскому перекрестку, на котором отключили светофоры. Правда, здесь многочисленные столкновения галактических объектов не разрушают их, а лишь способствуют эволюции галактик.
Изучение галактик началось, как это обычно бывает, с попытки систематизировать их по внешнему виду. Так возникла знаменитая хаббловская классификация, о которой речь пойдет позже. Но когда в 50-х годах прошлого века астрономы стали пристально изучать галактики, расположенные близко друг к другу, выяснилось, что многие из них имеют весьма необычный, или, как говорят, пекулярный, вид. Иногда, даже одиночные, они выглядят настолько «непрезентабельно», что их невозможно пристроить ни в одно место приличной во всех отношениях хаббловской последовательности. Часто они как бы протягивают друг другу руки тонкие звездные перемычки или выбрасывают в противоположные стороны длинные закрученные хвосты. Такие галактики стали называть взаимодействующими. Правда, их тогда наблюдалось не более 5% от числа нормальных объектов, и потому редко встречающиеся уродцы долгое время не привлекали особого внимания.
Одним из первых всерьез занялся их изучением Б.А. Воронцов-Вельяминов . С его легкой руки одна из самых необычных пар NGC 4676 получила название сначала Играющие Мышки, а потом и просто Мышки. Под таким прозвищем она и фигурирует теперь в серьезных научных статьях. Есть и другие интересные экземпляры пекулярных объектов, больше известные под своими «партийными кличками», чем под паспортными данными каталогов Антенны (NGC 4038/39), Атом Мира (NGC 7252), Водоворот (M 51 или NGC 5194/95).
Как влияет гравитация на внешний вид галактик, легче всего понять на примере тех объектов, у которых есть хвосты и перемычки. Вспомним, как Луна заставляет «вспучиваться» земной океан с двух противоположных сторон. Из-за вращения планеты эти приливные волны бегут по земной поверхности. Точно так же у дисковой галактики при сближении с другой галактикой возникают приливные горбы, вытянутые как в направлении возмутителя спокойствия, так и в противоположном. Позже эти горбы закручиваются в длинные хвосты из звезд и газа из-за дифференциального вращения: периоды обращения звезд вокруг центра галактики растут с удалением от центра. Подобную картину удалось воспроизвести в компьютерных экспериментах, когда астрономы занялись численным моделированием гравитационного взаимодействия галактик.
Первые модели были почти игрушечными. В них движение пробных частиц, распределенных на круговых орбитах вокруг массивной точки, возмущалось пролетающей мимо другой массивной точкой. На таких моделях в 1972 году братья Алар и Юри Тумре (Alar & Juri Toomre) всесторонне изучили, как зависит образование приливных структур от параметров столкновения галактик. Например, оказалось, что звездные мосты, соединяющие галактики, хорошо воспроизводятся при взаимодействии объекта с маломассивной галактикой, а хвосты при столкновении дисковой системы с галактикой сравнимой массы. Другой интересный результат получался при пролете возмущающего тела мимо диска спиральной галактики в одном направлении с его вращением. Относительная скорость движения оказывалась небольшой, спиральной галактики последствиям. Братья Тумре построили модели ряда известных взаимодействующих систем, в том числе Мышек, Антенн и Водоворота, и высказали важнейшую мысль, что итогом столкновения галактик может быть полное слияние их звездных систем мержинг.
Но игрушечные модели не могли даже проиллюстрировать эту идею, а эксперимент над галактиками не поставишь. Астрономы могут лишь наблюдать разные стадии их эволюции, постепенно восстанавливая из разрозненных звеньев всю цепочку событий, растянутую на сотни миллионов и даже миллиарды лет. Когда-то Гершель очень точно сформулировал эту особенность астрономии: «[Небо] мне представляется теперь чудесным садом, в котором размещено огромное количество самых разнообразных растений, высаженных на различные грядки и находящихся на разных стадиях развития; из такого состояния вещей мы можем извлечь по крайней мере одну пользу: наш опыт растянуть на огромные отрезки времени. Ведь не все ли равно, будем мы последовательно присутствовать при зарождении, цветении, одевании листьями, оплодотворении, увядании и, наконец, окончательной гибели растений или одновременно будем наблюдать много образцов, взятых на разных ступенях развития, через которые растение проходит в течение своей жизни?»
Алар Тумре сделал целую подборку из 11 необычных галактик-мержеров, которые, будучи выстроенными в определенную последовательность, отражали разные стадии взаимодействия от первого близкого пролета и распускания хвостов до последующего слияния в единый объект с торчащими из него усами, петлями и клубами дыма.
Галактики на разных стадиях слияния из последовательности Тумре
Но настоящий прорыв в исследованиях обеспечил космический телескоп «Хаббл». Одна из реализованных на нем исследовательских программ состояла в длительном до 10 суток подряд наблюдении двух небольших участков неба в Северном и Южном полушариях неба. Эти снимки получили название Глубоких полей «Хаббла». На них видно огромное количество далеких галактик. До некоторых из них больше 10 миллиардов световых лет, а значит, они на столько же лет моложе ближайших соседей нашей Галактики. Результат исследований внешнего вида, или, как говорят, морфологии далеких галактик, оказался ошеломляющим. Если бы Хаббл имел под рукой только изображения галактик из Глубоких полей, вряд ли он построил бы свой знаменитый «камертон». Среди галактик с возрастом около половины возраста Вселенной почти 40% объектов не укладываются в стандартную классификацию. Значительно больше оказалась и доля галактик с явными следами гравитационного взаимодействия, а значит, нормальные галактики должны были в молодости пройти через стадию уродцев. В более плотной среде ранней Вселенной столкновения и слияния оказались важнейшим фактором эволюции галактик.
Но для понимания этих процессов было уже недостаточно первых игрушечных моделей взаимодействия галактик. В первую очередь потому, что они не воспроизводили эффекты динамического трения звездных систем, которые в конечном счете приводят к потере энергии орбитального движения и слиянию галактик. Требовалось научиться полноценно рассчитывать поведение систем из миллиардов притягивающих друг друга звезд.
Камертон Хаббла
Классификацию галактик по их морфологии Эдвин Хаббл предложил в 1936 году. На левом конце этой последовательности расположены эллиптические галактики сфероидальные системы разной степени сплюснутости. Далее она тянется к плоским спиральным галактикам, выстроенным в порядке уменьшения степени закрутки их спиральных ветвей и массы их сферической подсистемы балджа. Отдельно стоят неправильные галактики, вроде двух самых заметных спутников Млечного Пути, видимых на небе Южного полушария, Большого и Малого Магеллановых Облаков. При переходе к спиральным галактикам хаббловская последовательность раздваивается, давая начало самостоятельной ветви спиральных галактик с перемычками, или барами, гигантскими звездными образованиями, пересекающими ядро галактики, от концов которых отходят спиральные ветви. Считается даже, что это не просто самостоятельная ветвь классификации, а чуть ли не основная, так как барами обладают от половины до двух третей спиральных галактик. По причине раздвоенности эту классификацию часто называют «камертоном Хаббла».
Проблема предсказания движения большого числа массивных точек, взаимодействующих по закону всемирного тяготения, получила в физике название задачи N тел. Решить ее можно только методом численного моделирования. Задав массы и положения тел в начальный момент, можно по закону тяготения вычислить действующие на них силы. Полагая эти силы неизменными в течение короткого отрезка времени, легко рассчитать новое положение всех тел по формуле равноускоренного движения. А повторяя эту процедуру тысячи и миллионы раз, можно смоделировать эволюцию всей системы.
В галактике вроде нашей более ста миллиардов звезд. Напрямую рассчитать их взаимодействие не под силу даже современным суперкомпьютерам. Приходится прибегать к разного рода упрощениям и ухищрениям. Например, можно представлять галактику не реальным числом звезд, а таким, какое может осилить компьютер. В 1970-х годах брали всего по 200500 точек на галактику. Но расчет эволюции таких систем приводил к нереалистичным результатам. Поэтому все эти годы шла борьба за увеличение числа тел. Сейчас обычно берут по нескольку миллионов звезд на галактику, хотя в отдельных случаях при моделировании зарождения первых структур во Вселенной используют до десяти миллиардов точек.
Другое упрощение состоит в приближенном расчете взаимного притяжения тел. Так как сила тяготения быстро убывает с расстоянием, притяжение каждой далекой звезды не обязательно вычислять слишком точно. Далекие объекты можно сгруппировать, заменив одной точкой суммарной массы. Эта методика получила название TREE CODE (от англ. tree дерево, поскольку группы звезд собираются в сложную иерархическую структуру). Сейчас это самый популярный подход, многократно ускоряющий вычисления.
Но и на этом астрономы не успокоились. Они даже разработали специальный процессор GRAPE, который не умеет делать ничего, кроме расчета взаимного гравитационного притяжения N тел, но зато с этой задачей справляется чрезвычайно быстро!Численное решение задачи N тел подтвердило идею Тумре о том, что две спиральные галактики при столкновении могут слиться в один объект, весьма похожий на эллиптическую галактику. Интересно, что совсем незадолго до получения этого результата известный астроном Жерар де Вокулер на симпозиуме Международного астрономического союза скептически заявлял: «После столкновения вы получите искореженный автомобиль, а не новый тип автомобиля». Но в мире взаимодействующих галактик два столкнувшихся автомобиля, как это ни странно, превращаются в лимузин.
Последствия слияния галактик оказываются еще более поразительными, если учесть наличие у них газовой составляющей. В отличие от звездной составляющей газ может терять кинетическую энергию: она переходит в тепло, а потом в излучение. При слиянии двух спиральных галактик это приводит к тому, что газ «стекает» к центру продукта слияния мержера. Часть этого газа очень быстро превращается в молодые звезды, что приводит к феномену ультраярких инфракрасных источников.
Интересен также эффект от столкновения маленького «спутника» с большой спиральной галактикой. Последняя в итоге увеличивает толщину своего звездного диска. Статистика наблюдательных данных подтверждает результаты численных экспериментов: спиральные галактики, входящие в состав взаимодействующих систем, в среднем в 1,52 раза толще, чем одиночные. Если маленькая галактика умудряется «въехать» буквально в лоб крупной спиральной, перпендикулярно ее плоскости, то в диске возбуждаются расходящиеся кольцеобразные волны плотности, как от камня, брошенного в пруд. Вместе с обрывками спиральных ветвей между гребнями волн галактика становится похожей на тележное колесо. Именно так и называется один из уродцев мира галактик. Лобовые столкновения очень редки, тем более удивительно, что в спокойной галактике Туманность Андромеды обнаружены две такие волны. Об этом в октябре 2006 года сообщила команда астрономов, обрабатывающая наблюдения космического телескопа «Спитцер». Кольца хорошо видны в инфракрасном диапазоне в той области, где излучает пыль, связанная с газовым диском. Компьютерное моделирование показало, что причиной необычной морфологии нашей ближайшей соседки является ее столкновение с галактикой-спутником M32, который около 200 миллионов лет назад пронзил ее насквозь.Судьба самих спутников галактик более печальна. Приливные силы, в конце концов, буквально размазывают их по орбите. В 1994 году в созвездии Стрельца был обнаружен необычного вида карликовый спутник Млечного Пути. Частично разрушенный приливными силами нашей Галактики, он вытянулся в длинную ленту, состоящую из движущихся групп звезд протяженностью на небе около 70 градусов, или 100 тысяч световых лет! Кстати, карликовая галактика в Стрельце теперь числится ближайшим спутником нашей Галактики, отняв это звание у Магеллановых Облаков. До нее всего около 50 тысяч световых лет. Другая гигантская звездная петля обнаружена в 1998 году вокруг спиральной галактики NGC 5907. Численные эксперименты очень хорошо воспроизводят такие структуры.
Модель столкновения спиральных галактик. Третий кадр очень напоминает галактики Мышки (Т время в миллионах лет)
Охота на темную материю
Еще в начале 1970-х годов появились серьезные доводы в пользу того, что галактики помимо звезд и газа содержат так называемые темные гало. Теоретические аргументы следовали из соображений устойчивости звездных дисков спиральных галактик, наблюдательные из больших, не спадающих к краю скоростей вращения газа на далекой периферии галактических дисков (звезд там уже почти нет, и поэтому скорость вращения определяют по наблюдениям газа). Если бы вся масса галактики содержалась преимущественно в звездах, то орбитальные скорости газовых облаков, расположенных за пределами звездного диска, становились бы с расстоянием все меньше и меньше. Именно это наблюдается у планет в Солнечной системе, где масса в основном сосредоточена в Солнце. В галактиках это зачастую не так, что указывает на наличие какого-то дополнительного, массивного, а главное протяженного компонента, в чьем гравитационном поле газовые облака приобретают большие скорости.
Численные модели звездных дисков также преподносили сюрпризы. Диски оказались очень «хрупкими» образованиями они быстро и порой катастрофически изменяли свою структуру, самопроизвольно сворачиваясь из плоской и круглой лепешки в батон, по-научному бар. Ситуация отчасти прояснилась, когда в математическую модель галактики ввели массивное темное гало, не дающее вклада в ее общую светимость и проявляющее себя лишь через гравитационное воздействие на звездную подсистему. О структуре, массе и других параметрах темных гало мы можем судить лишь по косвенным признакам.
Один из способов получить информацию о строении темных гало изучение протяженных структур, которые образуются у галактик при их взаимодействии. Например, иногда при близком пролете одна галактика «крадет» у другой часть газа, «наматывая» его на себя в виде протяженного кольца. Если повезет и кольцо окажется перпендикулярным плоскости вращения галактики, то такая структура полярное кольцо может довольно долго просуществовать не разрушаясь. Но сам процесс формирования подобных деталей сильно зависит от распределения массы на больших расстояниях от центра галактики, где звезд уже почти нет. Например, существование протяженных полярных колец удается объяснить, только если масса темных гало будет примерно вдвое превышать массу светящегося вещества галактики.Приливные хвосты также служат надежными индикаторами присутствия темной материи в периферийных областях галактик. Их можно назвать термометрами «наоборот»: чем больше масса темного вещества, тем короче «ртутный столбик», в роли которого выступает приливной хвост.
Два замечательных открытия внегалактической астрономии существование темной материи и мержинг галактик сразу взяли на вооружение космологи, тем более что ряд космологических наблюдательных тестов тоже указывал: темного вещества в природе примерно на порядок больше, чем обычного. Пожалуй, первое свидетельство существования скрытой массы было получено еще в 1933 году, когда Ф. Цвикки заметил, что галактики в скоплении Волос Вероники двигаются быстрее, чем ожидалось, а значит, должна быть какая-то невидимая масса, удерживающая их от разлета. Природа темной материи остается неизвестной, поэтому обычно говорят о некоем абстрактном холодном темном веществе (cold dark matter, CDM), которое с обычным веществом взаимодействует только гравитационно. Но именно оно благодаря своей большой массе служит тем активным фоном, на котором разыгрываются все сценарии зарождения и роста структур во Вселенной. Обычное же вещество лишь пассивно следует предлагаемому сценарию.
Эти представления легли в основу так называемого сценария иерархического скучивания. По нему первичные возмущения плотности темной материи возникают за счет гравитационной неустойчивости еще в молодой Вселенной, а затем умножаются, сливаясь друг с другом. В итоге образуется множество гравитационно-связанных темных гало, различающихся по массе и угловому (вращательному) моменту. Газ скатывается в гравитационные ямы темных гало (этот процесс называется аккрецией), что и приводит к появлению галактик. История слияний и аккреции каждого сгустка темной материи во многом определяет тип галактики, которая в нем зарождается.
Привлекательность сценария иерархического скучивания в том, что он очень неплохо описывает крупномасштабное распределение галактик. Самый впечатляющий численный эксперимент, проведенный в рамках этого сценария, носит название Millenium Simulation. О его результатах астрономы доложили в 2005 году. В эксперименте решалась задача N тел для 10 миллиардов (!) частиц в кубике с ребром 1,5 миллиарда парсек. В итоге удалось проследить эволюцию перепадов плотности темной материи от момента, когда Вселенной было всего 120 миллионов лет, до наших дней. За это время почти половина темной материи успела собраться в темные гало различных размеров, которых насчитывалось около 18 миллионов штук. И хотя полного и безоговорочного согласия с результатами наблюдений крупномасштабной структуры получить не удалось, все еще впереди.
В поисках пропавших карликов
Сценарий иерархического скучивания предсказывает, что в гало больших спиральных галактик, вроде нашей, должны существовать сотни «мини-ям», служащих зародышами карликовых галактик-спутников. Отсутствие такого количества небольших спутников создает некоторые трудности для стандартной космологии. Однако не исключено, что все дело просто в недооценке реального числа карликовых галактик. Именно поэтому так важен их целенаправленный поиск. С появлением больших цифровых обзоров неба, хранящихся в специальных электронных архивах и доступных всем желающим, астрономы все чаще ведут такой поиск не на небе, а на экране монитора.
В 2002 году команда исследователей под руководством Бет Вилман начала поиск неизвестных спутников Млечного Пути в Слоуновском цифровом обзоре неба. Поскольку поверхностная яркость у них ожидалась очень низкая в сотни раз слабее ночного свечения атмосферы, искать решили участки неба со статистически значимым избытком далеких красных гигантов ярких звезд, находящихся на завершающей стадии своей эволюции. Первый успех пришел в марте 2005 года. В созвездии Большой Медведицы на расстоянии 300 тысяч световых лет от нас была открыта карликовая сфероидальная галактика. Она стала тринадцатым спутником Млечного Пути, причем с рекордно низкой светимостью вместе все ее звезды излучают как один сверхгигант, например Денеб ярчайшая звезда в созвездии Лебедя. Обнаружить эту галактику удалось на пределе возможностей метода. Чрезвычайно урожайным на спутники нашей Галактики оказался 2006 год, когда двумя другими командами исследователей было открыто сразу семь карликовых сфероидальных галактик вокруг Млечного Пути. И это, по-видимому, не предел.
Итак, галактики вырастают из маленьких систем, которые через множественные слияния образуют большие. Одновременно с процессом слияния происходит «осаждение» (аккреция) газа и маленьких галактик-спутников на большие галактики. Пока до конца неясно, в какой степени оба эти процесса определяют современный взрослый вид галактик хаббловские типы.
Но и после взросления галактики продолжают меняться. С одной стороны, изменения вызываются гравитационными взаимодействиями между ними, которые могут даже приводить к смене типа галактики, а с другой медленными процессами динамической эволюции уже вполне сформировавшихся объектов. Например, звездные диски спиральных галактик подвержены разного рода неустойчивостям. В них могут самопроизвольно образовываться бары«перемычки», при посредстве которых газ эффективно «сгоняется» в центральные области галактик, что ведет к перераспределению вещества в системе. Сами бары также медленно эволюционируют растут как в длину, так и в ширину. Да и сама спиральная структура галактики это результат действия неустойчивости.
Когда-то Хаббл разделил галактики следующим образом. Эллиптические были отнесены к ранним типам, а линейка спиральных ко все более и более поздним. Возможно, из-за этого «камертону Хаббла» придавали эволюционный смысл. Однако динамическая эволюция галактик идет, скорее, в обратном направлении от поздних типов к ранним в сторону медленного роста центральной сфероидальной подсистемы балджа. Но так или иначе все три процесса слияния, аккреции и медленной вековой эволюции ответственны за внешний вид галактик. Многое в этой картине мы уже понимаем, но еще больше нам предстоит узнать и понять.
Наталья Сотникова, кандидат физико-математических наук
Как приготовить картошку по-деревенски с хрустящей корочкой
Сообщение на тему голубика
Потолок протекает по соннику Сон течет