Как ученым понять Вселенную?
V-kosmose.com

Чтобы понять Вселенную, астрономы внимательно изучают Млечный Путь и Андромеду

Галактика Андромеды (M31) является крупнейшим членом Местной группы. На снимке показаны пыльные спиральные рукава, из которых состоит диск, и его желтоватая галактическая выпуклость. Также обратите внимание на две спутниковые галактики: M32 (слева от центра) и NGC 205 (внизу справа) (фото: Хантер Уилсон)

Галактика Андромеды (M31) является крупнейшим членом Местной группы. На снимке показаны пыльные спиральные рукава, из которых состоит диск, и его желтоватая галактическая выпуклость. Также обратите внимание на две спутниковые галактики: M32 (слева от центра) и NGC 205 (внизу справа) (фото: Хантер Уилсон)

Столетие назад большинство астрономов верили, что наша галактика – это целая Вселенная. Всё резко изменилось в 1923 году, когда американский астроном Эдвин Хаббл обнаружил переменные звезды Цефеиды в большой «спиральной туманности» в созвездии Андромеды. Поскольку периоды этих звезд коррелируют с их светимостью, Хаббл мог определить их расстояния. Он пришел к выводу, что звезды – и спиральная туманность, к которой они принадлежат – должны лежать далеко за пределами Млечного Пути.

У спиральной галактики, теперь известной как Галактика Андромеды (M31), много общих характеристик с нашей собственной. Обе они представляют собой спиральные галактики с сотнями миллиардов звезд и дисков, которые охватывают более 100 000 световых лет. И хотя астрономы долго думали, что M31 перевесил Млечный путь в два или три раза, недавние исследования намекают на то, что у них может быть одинаковая масса.

Эти два гиганта – космические соседи на расстоянии 2,5 миллиона световых лет друг от друга – закрывают нашу Местную группу галактик. Эта гравитационно-связанная коллекция охватывает около 10 миллионов световых лет и содержит более 54 членов. По крайней мере, так много объектов обнаружили астрономы.

Поиск маленьких тусклых галактик тяжело дается даже самым большим телескопам Земли, так что скорее всего те прячутся в тени своих старших братьев. Поиск этих спутников с низкой светимостью и изучение их взаимодействия поможет астрономам понять эволюцию и окончательную судьбу нашей родной галактики.

Нерегулярная карликовая галактика Стрелец – голубоватого света в центре (фото: ESO / M. Bellazzini и др.)

Нерегулярная карликовая галактика Стрелец – голубоватого света в центре (фото: ESO / M. Bellazzini и др.)

Короли и их свита 

После M31 и Млечного Пути идет большой спад по размеру галактик. Третья по величине Местной группы, Галактика Вертушки (M33), составляет лишь одну десятую от своих более крупных соседей. Расположенная на расстоянии около 2,75 миллиона световых лет от Земли в Триангуле, M33 – единственная неразбитая спираль Местной группы. Поскольку она находится относительно близко к M31, некоторые астрономы подозревают, что это может быть спутник или даже спутниковая галактика для Андромеды.

Нет сомнений в том, что четвертый по величине компонент Местной группы – Большое Магелланово Облако (LMC), которое является нашим галактикой-спутником. На расстоянии 160 000 световых лет он выглядит невооруженным глазом как отдельный фрагмент Млечного Пути. LMC находится на границе между Дорадо и Менса и никогда не поднимается для наблюдателей в средних северных широтах. Классифицированный как неправильная галактика, LMC содержит примерно одну пятую массы M33. Для каждого из этих массивных членов Местная группа таит в себе более дюжины карликовых галактик.

Мессье 33 (NGC 598, Галактика Треугольника) – спиральная галактика, удаленная на 2.38-3.07 миллионов световых лет.

Мессье 33 (NGC 598, Галактика Треугольника) – спиральная галактика, удаленная на 2.38-3.07 миллионов световых лет.

Многие бегают вокруг больших галактик, как мотыльки около уличного фонаря. Галактика Андромеды содержит по меньшей мере 15 спутниковых галактик, в том числе две (маленькие эллиптические M32 и NGC 205), которые появляются через телескопы на заднем дворе в том же поле зрения, что и их хозяин. Млечный Путь может похвастаться более чем дюжиной спутников, включая LMC и его соседа – Малое Магелланово Облако (SMC) в Тукане. Как ни странно, у M33 нет подтвержденного спутника.

Вдали от больших галактик и их окружений лежат несколько других маленьких галактик, которые кажутся гравитационно независимыми от остальных. Большинство из них неясны, и астрономам трудно разглядеть их из звезд переднего плана в Млечном Пути. Внешними членами Местной группы, по-видимому, являются Секстанта А и Секстанта В, пара крошечных неправильных галактик на расстоянии около 4,35 миллионов световых лет.

Космический микрокосмос

У Местной группы есть проблема, знакомая большинству ученых: большие объекты легче найти и исследовать, чем их вездесущих маленьких кузенов. Биологи могут наблюдать и изучать слонов, и это легче, чем изучение микроскопических существ. И у звездных астрономов есть небольшие проблемы с видением массивных, очень ярких звезд по всей галактике, но им приходится искать долго и тщательно, чтобы обнаружить меньшие, более слабые красные карлики, которые составляют 75 % Млечного пути.

Из 100 самых ярких звезд на ночном небе только пять также входят в число 100 самых близких. И ни один красный карлик не может светить достаточно ярко, чтобы его можно было видеть невооруженным глазом. Для галактических астрономов Местная группа предоставляет почти идеальную лабораторию для исследования самых маленьких и наиболее распространенных галактик.

Наша коллекция окрестностей состоит из трех спиралей, двух эллиптических, девяти неправильных (включая LMC и SMC) и по меньшей мере 40 карликовых эллиптических, карликовых нерегулярных и карликовых сфероидальных галактик. Чтобы по-настоящему понять вселенную в целом, ученым необходимо изучить эти обильные карликовые галактики и их связь с редкими хозяевами.

В отличие от большинства карликовых нерегулярных галактик в Местной группе, NGC 6822 содержит много массивных голубых звезд и красноватых звездообразующих областей, которые их рождают. (предоставлено: Местная группа по исследованию галактик / NOAO / AURA / NSF)

В отличие от большинства карликовых нерегулярных галактик в Местной группе, NGC 6822 содержит много массивных голубых звезд и красноватых звездообразующих областей, которые их рождают. (предоставлено: Местная группа по исследованию галактик / NOAO / AURA / NSF)

Призрачная галактика 

Для этого астрономы хотели бы получить полный перечень Местной группы. Это не так просто, как может показаться. Любые неизвестные галактики должны быть очень слабыми, растянутыми настолько тонко, что они сливаются с небом или прячутся за пыльным диском Млечного Пути. Осенью 2018 года группа астрономов объявила, что они обнаружили галактику. Антлия 2 – новый член Местной группы, является спутником Млечного Пути, и получившая название «призрачная галактика».

Это подходящее описание, поскольку объект – гигантский карлик. Хотя у нее диаметр, аналогичный LMC, она излучает в 10 000 раз меньше света. Она кажется слишком тусклым для своего размера или слишком большой для своей яркости. Группа во главе с Габриэлем Торреальба из Института астрономии и астрофизики в Тайбэе, Тайвань, обнаружила Антлия 2 во время поиска данных со спутника Гайя Европейского космического агентства. Гайя, запущенная в декабре 2013 года, создала каталог звезд, содержащий высокоточные измерения почти 1,7 миллиардов звезд.

Антенны ALMA под удивительным звездным пейзажем (15 апреля 2013). Над ними виднеется Большое Магелланово Облако и Малое Магелланово Облако

Антенны ALMA под удивительным звездным пейзажем (15 апреля 2013). Над ними виднеется Большое Магелланово Облако и Малое Магелланово Облако

Исследователи проанализировали данные в поисках звезд RR Лиры - двоюродных братьев с более низкой светимостью и переменных Цефеиды, которые Хаббл использовал для обнаружения галактической природы M31. RR Лиры – старые звезды с немногими из тяжелых элементов, найденных в более молодых, таких как Солнце. Поскольку они находятся на каждом известном карликовом спутнике Млечного Пути, команда искала их в качестве трассеров для ранее не обнаруженных карликов. Для карликовой галактики Антлия 2 есть несколько больших вопросов.

Ее низкая масса типична для спутниковых галактик. Хотя приливные силы из Млечного Пути должны лишить звезды из галактики и привести к потере массы, этот процесс должен заставить объем Антлия 2 уменьшаться, а не расти. «Антлия 2 – чудная галактика», - говорит член команды Мэтью Уокер из Университета Карнеги-Меллона. «Нам интересно, является ли эта галактика лишь верхушкой айсберга, и Млечный Путь окружен большой популяцией почти невидимых карликов, похожих на эту».

Хотя Антлия 2 в настоящее время находится на расстоянии около 425 000 световых лет от центра Млечного Пути, ее орбита приближается к 150 000 световых лет. Тем не менее, этого должно быть достаточно, чтобы сохранить карлика нетронутым в течение миллиардов лет. Но не всем спутникам Млечного Пути повезет. Один из них, известный как карликовый Стрелец, несколько раз проходил через диск нашей галактики и постепенно растворялся в потоках звезд, когда приливы Млечного Пути разрывали его на части.

Центр этой галактики находится примерно в 82 000 световых лет от центра Млечного Пути. Карликовая галактика в Большом Псе еще ближе (на расстоянии 42 000 световых лет). В конце концов, наша галактика будет поглощать эти и многие другие галактики, увеличивая Млечный путь и сокращая количество своих спутников.

Магелланово Столкновение 

Конечно, битва между тяжеловесным Млечным путем и галактикой-спутником в полете может закончиться только одним путем. Но что происходит, когда еще два равных «бойца» сталкиваются? Скорее всего, вы столкнетесь с чем-то вроде Магеллановых Облаков: галактики неправильной формы, у которых много звездообразований. Астроном Салли Ой из Мичиганского университета возглавляла международную команду, которая использовала данные Гайя для изучения движений 315 звезд в SMC. В октябре 2018 года ученые объявили, что звезды в юго-восточной части SMC движутся от большей части галактики к LMC. Компьютерные модели показывают, что две галактики, вероятно, столкнулись в лоб несколько сотен миллионов лет назад.

Малое Магелланово Облако и 47 Тукана.

Малое Магелланово Облако и 47 Тукана.

Эти два «воина» среднего веса, вероятно, будут снова и снова встречаться, и в конечном итоге сольются в одну галактику. Но окончательное сражение Местной группы закончится, когда столкнутся два тяжеловеса. Наблюдения показывают, что M31 находится на пути столкновения с Млечным путем. Массивные галактики совершат начальный близкий проход через чуть менее 4 миллиардов лет. Сильные приливные силы деформируют их обоих, превращая их упорядоченные диски в грязные брызги газа и звезд.

Спустя два-три миллиарда лет они, наконец, сольются в одну гигантскую эллиптическую галактику, которую астрономы окрестили Милкомедой. M33, вероятно, некоторое время будет вращаться вокруг объединенных галактик, прежде чем тоже попадет под действие их гравитационной мощи. Остальная часть Местной группы последует их примеру. Держа в руках несколько миллиардов лет, будущие астрономы должны хорошо разбираться в Местной группе и ее членах и использовать их в качестве строительного блока, чтобы лучше понять, как будет развиваться Вселенная. Неплохое наследие для пестрой коллекции из нескольких десятков галактик.

[pt_view id="7986c4eb3w"]