Галактики. Большой путеводитель по Вселенной - Джеймс Гич

Млечный Путь, очевидно, достаточно хорошо развит, и увеличение количества спутников не может радикально его изменить: масса карликов слишком мала по сравнению с массой самой Галактики. Тем не менее концепция того, что массивные системы могут вырасти из смешения меньших, – ключевой аспект нашей современной модели формирования и развития галактик во Вселенной, особенно в ранней. Такой подход называется иерархической парадигмой, и на то существуют две причины. Во-первых, потому что предметом изучения могут быть галактики, принадлежащие к иерархии структуры в больших пространственных масштабах. Например, дисковая система, окруженная карликовыми спутниками, может принадлежать к небольшой группе галактик, которая сама входит в состав нити галактик и групп, связанных с огромным скоплением тысяч галактик. Во-вторых, одна из базовых схем роста галактик в нашей нынешней модели заключается в том, что большие галактики могут быть собраны из постепенного слияния меньших систем в процессе, называемом восходящим образованием. Данные наблюдений позволяют предположить, что самые массивные галактики, которые мы видим сегодня, сформировали большинство своих звезд раньше, чем галактики с более низкой массой. Можно сделать наивный вывод, что массивные галактики формируются последними, поскольку сначала им нужно собраться из более маленьких строительных блоков. Однако если углубляться в точные детали раннего образования и роста галактик, процесс окажется куда сложнее, чем простая восходящая прогрессия. Одна из основных областей исследований в настоящее время посвящена именно тому, как газ и темная материя формируются и перетекают в структуры – гало темной материи. Физика, управляющая этим процессом, очень сложна.

Тем не менее совершенно очевидно, что на протяжении всей истории Вселенной слияния были важны для формирования населяющих ее галактик, поскольку значительная их часть переживает это событие в какой-то момент своей жизни. В то время как крупные слияния вносят беспорядок в спиральный диск и полностью преобразуют галактики, последствия «мелких» слияний, таких как взаимодействие с падающими спутниками, оказываются едва заметными – это небольшой перекос диска, вызванный гравитационным возмущением, или крохотный всплеск звездообразования, когда на диске накапливается свежий газ. Однако, как видно на примере потока Стрельца, воздействие слияния на самого карлика может быть разрушительным: часто он полностью разрывается и поглощается хозяином. Типичное изображение далекой спиральной галактики сначала может выглядеть нормальным и неискаженным, но глубокие наблюдения, которые собирают много света при зондировании до очень низкой поверхностной яркости, часто обнаруживают слабое свечение от рассеянных звездных потоков, которые окружают и оплетают галактику, как световая клетка. Эти явления – отголоски продолжающейся саги эволюции систем, еще раз показывающие, что галактики не являются статичными и постоянными, а представляют собой сложные и динамичные среды.

Термин, определяющий многие ультраяркие инфракрасные галактики, схож с теми, что были открыты космической обсерваторией IRAS, – галактика со вспышкой звездообразования: это галактики, формирующие звезды со скоростями, в несколько сотен раз превышающими скорости рождения звезд в нашей Галактике (хотя, оказывается, инфракрасный выход некоторых ультраярких галактик приходит из активного галактического ядра – растущей сверхмассивной черной дыры, – а не в результате звездообразования). Галактики со вспышкой звездообразования – важный вид в таксономии галактик. Одна из самых известных местных звездообразующих галактик – M82, ее также зовут Сигарой из-за специфической формы.

M82 находится на расстоянии около 3,5 Мпк или примерно в 18 см от Млечного Пути в нашей метровой кубической модели, и входит в состав небольшой группы галактик, включающей спиральную галактику M81 и меньшие галактики – NGC 3077 и NGC 2976 (от англ. New General Catalogue of Nebulae and Clusters of Stars – Новый общий каталог туманностей и звездных скоплений; составлен астрономом Джоном Людвигом Эмилем Дрейером в конце XIX века). M82 – архетипическая галактика со вспышкой звездообразования, яркая в инфракрасном диапазоне, но также видимая и в оптических полосах. Она производит звезды со скоростью несколько десятков солнечных масс в год – в 10 раз быстрее Млечного Пути. Из-за своей близости и, следовательно, простоты изучения M82 часто используется в качестве прототипа и полезного образца для изучения и сравнения подобных галактик в далекой Вселенной. Одна из самых поразительных вещей в M82 – это суперветер, исходящий из основной ее части во внегалактическое пространство.

Изображение M82 в оптическом свете показывает довольно иррегулярную, но почти дискообразную галактику, наклоненную в нашу сторону. Туманные оранжево-голубые оттенки звездного населения пронизаны более темными бороздами пыли, хотя на самом деле бо́льшая часть действий происходит вблизи ядра галактики. Однако если мы возьмем изображение в H-альфа (таким образом обнаруживая ионизированный газообразный водород) и рентгеновском свете (отслеживая очень горячую плазму), то увидим извержение горячего газа, вытекающего со всех сторон диска в два огромных конусовидных протуберанца. Такой процесс называется эмерджентным суперветром, когда газ выдувается из галактики в окружающую ее среду. Наблюдения на других длинах волн показывают, что эти потоки также содержат холодный газ и пыль, смешанную с более горячим веществом, которое, скорее всего, было подхвачено ветром, когда он вытекал из M82 со скоростью миллионы километров в час.

Это и есть интенсивное звездообразование, происходящее в компактном газовом резервуаре глубоко в галактике, которая движет этим ветром. Высокая скорость звездообразования приводит к увеличению скорости детонации сверхновых. Когда сверхновая детонирует, большое количество высвобождаемой кинетической энергии оказывает давление на окружающую среду, сметая и продвигая материю (газ, пыль и все, что находится на пути), как ветер. При взрывах сразу множества сверхновых в межзвездную среду поступает огромное количество энергии. Если вы объедините ее со звездными ветрами, сгоняемыми с отдельных звезд, то в результате получите шторм, пронизывающий галактику. Если этот ветер сталкивается с другим материалом, таким как газ и пыль, то может вызвать ударную волну, в результате чего температура поднимется, о чем свидетельствуют рентгеновское излучение и ионизированные газы. Достаточно сильные ветра могут вырываться из галактики, посылая межзвездный материал в межгалактическое пространство, как это и происходит в случае с M82.

Подобно взрыву, сливающаяся галактика IC 883 показывает последствия галактического столкновения, когда звездные раковины, пучки и приливные структуры, очевидно, взрываются от яркой хаотической массы звезд, газа и пыли. Результатом стал взрыв звездообразования, что характерно для слияний галактик – важных событий в истории их жизни. Многие галактики проходят процессы взаимодействия и слияния, и некоторые из самых интенсивно звездообразующих галактик во Вселенной стали такими именно в результате этих процессов

Еще одна сливающаяся система, разорванная в процессе гравитационного балета, – галактика ESO 77-14

Квинтет Стефана – группа галактик, открытых