Столкновение галактик

Столкновения галактик значительно более распространенное явление, чем считалось раньше

Галактики, как и люди, не любят одиночества: они предпочитают объединяться в пары, небольшие группы или даже многочисленные компании. Например, наша галактика — Млечный Путь — является членом так называемой Местной группы, в которую входят также известная Туманность Андромеды и еще около 20-ти менее крупных галактик.

Обычно в подобных группах галактики разделены большими расстояниями, в 10-100 раз превосходящими их собственный диаметр. Однако под действием взаимного притяжения галактики движутся, проходя свой диаметр за каждые несколько сотен миллионов лет. Поэтому за время существования Вселенной (от 10 до 20 млрд. лет, согласно большинству космологических моделей) столкновения между некоторыми галактиками оказываются неизбежными. Лет пятнадцать назад многие астрономы не уделяли должного внимания процессу столкновения галактик и его значению в их эволюции.

Но последние наблюдения, наряду с развитием теории и совершенствованием компьютерного моделирования, показали, что такие столкновения должны быть значительно более распространенными, чем считалось раньше. Кроме того, появились свидетельства того, что сталкивающиеся галактики часто сливаются в объекты нового типа. Теперь мы начинаем понимать, что такие столкновения управляют эволюцией многих галактик и приводят к формированию множества необычных объектов.
Взаимодействие между галактиками происходит совсем не так, как между привычными нам предметами. Расстояния между звездами в галактиках настолько велики, что даже при самых тесных сближениях галактик лишь несколько их звезд испытывают реальные столкновения.

Сталкиваться галактики могут по разному

Сталкиваться галактики могут по разному. Так, в некоторых крупных скоплениях галактики сближаются с очень большими скоростями — до нескольких тысяч километров в секунду, и все же проходят сквозь друг друга, почти не испытав повреждений. Но если же галактики будут сближаться со скоростью всего лишь несколько сотен километров в секунду, то они сильно «исковеркают» друг друга и, скорее всего, сольются через несколько сотен миллионов лет. Такое парадоксальное поведение отражает тот факт, что взаимодействие между галактиками управляется гравитационными силами. Чем медленнее происходит сближение двух галактик, тем больше времени галактики воздействуют друг на друга и тем более заметным становится результат их взаимодействия.

Необычные галактики

Необычные галактики, окруженные узкими протяженными образованиями, названными хвостами и мостами, были хорошо известны начиная с 50-х годов. Длительное время эти объекты рассматривались как отклонение от нормы, и большинство астрономов не считало столкновения галактик распространенным явлением. Но в результате развития техники наблюдений и более глубокого понимания динамики движения галактик, отношение к этой проблеме изменилось.
Когда было накоплено достаточно наблюдений, свидетельствующих о столкновениях галактик, в дело были пущены компьютеры, которые помогли более точно представить, что про-исходит в процессе таких столкновений. Первые модели, созданные в начале 70-х годов, по-казали, что протяженные волокнообразные структуры образуются, когда тонкий вращающийся диск из звезд, присущий в основном спиральным галактикам, подвергается влиянию сильных приливов со стороны своего соседа.
Приливные силы «выдергивают» звезды с ближней стороны этого диска, создавая мост (который, вопреки своему на-званию, на самом деле редко связывает диск с другой галактикой), и выталкивают звезды с противоположной стороны диска, создавая длинный хвост.

В зависимости от типа галактик и геометрии их взаимного сближения

В зависимости от типа галактик и геометрии их взаимного сближения столкновения могут приводить также к появлению спиральных рукавов, множества фрагментов, вращающихся перпендикулярно галактической плоскости, к возникновению звездных или газовых колец и всевозможных типов светящихся волокон и отростков.
Один из наиболее важных результатов, полученных в последнее время, заключается в том, что взаимодействующие галактики имеют очень сильную тенденцию к слиянию. Например, если мы моделируем столкновение двух галактик, сближающихся со скоростью свободного падения друг на друга с большого расстояния, то здравый смысл подсказывает, что после их столкновения эти скорости должны были бы развести галактики на столь же большие расстояния. Однако в действительности все происходит совсем иначе. Галактики начинают двигаться одна вокруг другой по очень близким орбитам, и вскоре после столкновения окончательно сливаются. Весь этот процесс занимает всего несколько сотен миллионов лет.
Компьютерное моделирование также подтвердило, что наблюдаемые вокруг многих галактик оболочки могут быть последствием слияний.

Эллиптические галактики имеют признаки произошедшего когда-то слияния

Высокочувствительные оптические наблюдения также показали, что даже некоторые внешне спокойные и правильные эллиптические галактики имеют признаки произошедшего когда-то слияния. В конце 70-х и начале 80-х годов, астрономы из Англо-Австралийской обсерватории обнаружили гигантские слабые оболочки светящегося вещества, окружающие, на первый взгляд, нормальные эллиптические галактики.
Этим открытием заинтересовались многие. Ранее было известно, что эллиптические галактики имеют гладкое распре-деление яркости. Кроме того, быстрые хаотические движения звезд в эллиптических галактиках должны были бы «размыть» любое зарождающееся уплотнение или упорядоченную деталь за время, приблизительно равное одной сотой возраста галактики.
Для объяснения существования этих оболочек астрономы предложили сразу несколько механизмов, включая возбужде-ние * «Ударных волн галактическим ветром, мощные галактические взрывы и аккрецию звезд в процессе слияния галактик.

Только последняя гипотеза успешно выдержала проверку временем. Ударные волны и взрывы предполагают формирование оболочек из газа и горячих молодых звезд. Однако цвет и спектральные характеристики обнаруженных оболочек показывают, что они состоят преимущественно из звезд с возрастом в несколько миллиардов лет, очень напоминающих звезды в дисках спиральных галактик. В то время как звездное население эллиптических галактик — это довольно старые звезды.
В ходе других исследований эллиптических галактик обнаружились дополнительные признаки слияния, происходящего в современную эпоху. Например, у некоторых эллиптических галактик центральные области вращаются в одну сторону, а внешние — в другую. Такую картину вращения трудно объяснить, если считать, что такие галактики полностью сформировались из одного фрагмента, но она логично объясняется как результат слияния.

В 1993 году получено неожиданное доказательство широкой распространенности эффектов галактических столкновений

В 1993 году с помощью инфракрасного астрономического спутника 1КА8 было получено неожиданное доказательство широкой распространенности эффектов галактических столкновений. При обзоре неба в инфракрасном диапазоне было обнаружено множество галактик, которые сияют в инфракрасных лучах значительно ярче, чем в видимых.
По-видимому, в этих галактиках происходят мощные «вспышки» звездообразования, в процессе которого огромное количество энергии выделяется именно в инфракрасном диапазоне. Столкновения между галактиками или их слияния могут провоцировать неожиданно бурное рождение звезд.
Звезды формируются в массивных газопылевых облаках. Эти облака поглощают большую часть видимого света, испускаемого яркими молодыми звездами, и переизлучают эту энергию в виде более длинноволнового излучения. Ожидалось, что наблюдения с помощью инфракрасных телескопов позволят обнаружить скрытые места звездообразования. Однако астрономы были просто потрясены, когда с помощью спутника 1КА8 был открыт целый класс галактик, которые более 99% энергии излучают в инфракрасном диапазоне. На оптических фотографиях обнаружилось, что многие из таких инфракрасных галактик являются взаимодействующими системами и окружены хвостами и мостами, протянувшимися от ближайших соседей. Другие же выглядели как уже полностью слившиеся галактические конгломераты.
Испускаемое такими галактиками огромное количество инфракрасного излучения указывает на то, что звезды формируются в них с невероятной скоростью. В некоторых галактиках со «вспышкой» звездообразования, в год может формироваться несколько сотен звезд, тогда как в Млечном Пути в среднем рождается всего лишь две-три звезды ежегодно. Область, в которой интенсивно формируются звезды, обычно находится в центральной части галактики, размером не более десятой части ее диаметра. И именно в центральных областях многих инфракрасных галактик с помощью радиотелескопов (в миллиметровом диапазоне электромагнитного спектра) были зарегистрированы огромные газовые облака. Они достаточно массивны, чтобы поставлять вещество для наблюдаемого там активного звездообразования в течение нескольких миллионов лет.

Астрономы, изучающие такие галактики, были удивлены

Астрономы, изучающие такие галактики, были, правда, несколько удивлены: откуда появились эти центральные газовые облака? Но компьютерные модели разрешили эту загадку, показав, что необходимый для этого процесса механизм образования объектов может появиться в результате взаимодействия галактик. Когда приливные силы деформируют галактический диск, звезды и газ уже не могут двигаться синхронно. В «искореженной» галактике потоки звезд свободно проникают друг в друга. Но потоки газа сильно взаимодействуют между собой и порождают сложную спиральную структуру из мощных ударных волн. Очевидно, что некоторые звезды формируются непосредственно из газа, сжатого из этих волн. Но большая часть опускается по образовавшимся спиралям к центру слившейся пары галактик, где газ может стать источником значительно более сильной вспышки звездообразования.

Столкновение галактик видео: