Столкновение галактик 3d

Столкновения звезд

Андромеда — галактика, насчитывающая 1 трлн звезд (1012), а Млечный Путь — 1 млрд (3*1011). Однако шанс столкновения небесных тел ничтожно мал, так как между ними существует огромное расстояние. Например, наиблежайшая к Солнцу звезда Проксима Центавра находится на удалении в 4,2 световых лет (4*1013км), либо 30 млн (3*107) поперечников Солнца. Представьте, что наше светило — это мячик для игры в настольный теннис. Тогда Проксима Центавра будет смотреться как горошина, находящаяся на расстоянии 1100 км от него, а сам Млечный Путь простираться вширь на 30 млн км. Даже звезды в центре галактики (а конкретно там их наибольшее скопление) расположены с промежутками в 160 млрд (1,6*1011) км. Это как один мячик для настольного тенниса на каждые 3,2 км. Поэтому шанс, что какие-нибудь две звезды столкнутся при слиянии галактик, чрезвычайно мал.

Факты об Андромеде

Андромеда — самая большая Галактика в Местной группе. Но, возможно, не самая массивная. Ученые предполагают что во Млечном Пути сосредоточено больше темной материи, и конкретно это делает нашу галактику более массивной. Деятели науки изучат Андромеду с целью понять происхождение и эволюцию подобных ей образований, ведь это наиблежайшая к нам спиральная галактика. Андромеда с Земли смотрится потрясающе. Многим даже удается ее сфотографировать. Андромеда имеет очень плотное галактическое ядро. Не только огромные звезды расположены в ее центре, но также по меньшей мере одна сверхмассивная черная дыра, спрятанная в сердцевине. Ее спиральные рукава скривились в результате гравитационного взаимодействия с 2-мя соседними галактиками: М32 и М110. Снутри Андромеды обращаются как минимум 450 шаровых звездных скоплений. Среди них — одни из наиболее плотных, которые удалось обнаружить. Галактика Андромеда — самый удаленный объект, который можно увидеть невооружённым глазом. Вам понадобится хорошая точка обзора и минимум яркого света.

В заключение хочется посоветовать читателям почаще поднимать свой взор на звездное небо. Оно хранит много нового и неизведанного. Найдите немного свободного времени, чтобы понаблюдать за космосом в выходные. Галактика Андромеды на небе — зрелище, которое непременно стоит увидеть.

Что же происходит, когда сталкиваются две гигантские галактики, насчитывающие сотни миллиардов звезд?

Событие это вовсе не похоже на удар астероида о Землю. Галактика – не твердое тело, всей своей поверхностью бьющееся о встречный объект. Звезды одной из галактик легко просачиваются мимо спешащих навстречу звезд, ведь расстояния между ними в сотни миллионов раз превышают диаметр самих светил. Зато огромные массы межзвездного газа, мчащиеся навстречу друг другу, нагреваются и вспыхивают после соударения.

В их гуще начинаются термоядерные реакции. Образуются новые звезды. Они станут исчисляться тысячами, а то и сотнями тысяч. Их раскаленные массы будут излучать яркий голубой свет.

А поскольку у галактик может быть разная форма – спиральная, эллиптическая и неправильная, то их столкновения друг с другом происходят тоже по-разному.

Они могут:

• пролетать на близком расстоянии одна от другой;
• цепляться друг за друга;
• 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.

Столкновение галактик – процесс невероятно долгий, учитывая размеры этих космических объектов. Он может занимать миллионы и даже миллиарды лет. Естественно, ученым никогда не удастся наблюдать за процессом от начала до конца. Поэтому на помощь астрономам приходит вычислительная техника. Современные компьютеры позволяют воссоздать процесс, ускоренный в тысячи и тысячи раз

Самое близкое столкновение галактик

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.

Изменение взаимодействующих галактик

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:

• если галактики сближаются со скоростью 200 километров в секунду, они обычно сливаются, словно две капли жидкости;
• когда скорость столкновения достигает 600 километров в секунду, то звездные острова проходят сквозь друг друга, как два призрака;
• 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, эти облака формируют новые звезды.

В настоящее время 1–2 % всех галактик сталкиваются или сливаются друг с другом. В далеком прошлом эти коллизии случались гораздо чаще, потому что размеры Вселенной были меньше и галактики располагались ближе друг к другу.

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

• «Курица» или «яйцо»?
• Анатомия великой спирали

Переоцененный противник

Как сообщают исследователи в официальном пресс-релизе, в ходе работы они обнаружили, что масса нашего ближайшего галактического соседа примерно соответствует массе Млечного Пути. Согласно расчетам, масса галактики Андромеды примерно в 800 миллиардов раз превышает массу Солнца. Чтобы определить массу ближайшей к нам галактики, исследователи вычислили скорость, которую необходимо набрать быстро движущейся звезде, чтобы избежать гравитационного притяжения галактики, в которой она находится. Скорость, необходимая для выхода звезды за пределы галактики, известна как скорость выхода объекта. Так, при запуске ракеты в космос ее скорость достигает 11 км/с, что позволяет ей преодолеть гравитационное притяжение Земли. Млечный Путь в триллион раз тяжелее нашей небольшой планеты, поэтому, чтобы избежать его гравитационного притяжения, скорость объекта при выходе из галактики должна составлять не менее 550 км/с.

Так выглядит миллиард звезд в галактике Андромеды

Следует отметить, что это далеко не первый раз, когда вес галактики пересчитывается на основе анализа скоростей выхода объектов внутри нее. В 2014 году астрономы использовали аналогичную технику, чтобы пересмотреть массу Млечного Пути. Согласно полученным результатам, количество таинственной темной материи — материи, которая никак не взаимодействует с фотонами света — в нашей галактике намного меньше, чем предполагали специалисты.

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 происходит в процессе таких столкновений. Первые модели, созданные в начале 70-х годов, показали, 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 названию, на самом деле редко связывает диск с другой галактикой), и выталкивают звезды с противоположной стороны диска, создавая длинный хвост.

Подтверждения теории

Галактика Андромеды приближается к нам со скоростью примерно 110 км за секунду. Прямо до 2012 г. не было никаких способов узнать, произойдет столкновение либо нет. Сделать вывод о том, что оно почти неминуемо, ученым помог Космический Телескоп Хаббла. После отслеживания перемещений Андромеды с 2002 по 2010 г. был сделан вывод, что столкновение случится примерно через 4 млрд лет.

Подобные явления широко распространены в космосе. Например, считается, что Андромеда в прошлом вела взаимодействие как минимум с одной галактикой. А некоторые карликовые галактики, такие как SagDEG, и сейчас продолжают сталкиваться с Млечным Путем, создавая единое образование.

Исследования также показывают, что М33, либо Галактика Треугольника, — третий по размерам и самый яркий представитель Местной группы — тоже будет участвовать в этом событии. Наиболее возможной ее судьбой будет заход на орбиту образовавшегося после слияния объекта, а в дальнем будущем — окончательное объединение. Однако столкновение М33 с Млечным Путем раньше, чем приблизится Андромеда, либо наша Солнечная Система будет отброшена за границы Местной группы, исключается.

Судьба Солнечной Системы

Ученые из Гарварда утверждают, что сроки объединения галактик будут зависеть от тангенциальной скорости Андромеды. Исходя из расчетов, сделали вывод, что есть 50% шанс, что при слиянии Солнечная Система будет отброшена на расстояние, в три раза превышающее текущее до центра Млечного Пути. Точно не понятно, как поведет себя галактика Андромеда. Планета Земля тоже находится под угрозой. Ученые молвят о 12% вероятности, что мы через некоторое время после столкновения будем отброшены за границы нашего бывшего «дома». Но это событие, скорее всего, не произведет сильных неблагоприятных эффектов на Солнечную Систему, и небесные тела не будут разрушены.

Если исключить планетарную инженерию, то ко времени столкновения галактик поверхность Земли сильно раскалится и на ней не останется воды в водянистом состоянии, а означает и жизни.

Как далеко Андромеда и как вычислили расстояние

Однако самый далёкий объект, который наш глаз способен увидеть без биноклей, телескопа эта Андромеда, которая находится от нас на расстоянии примерно два с половиной миллиона световых лет. Напомним, что лишь один световой год — это примерно 10 триллионов километров.

Когда нам удаётся увидеть её невооружённым глазом, она выглядит лишь как ещё одна немного мутная звезда. Но мы видим лишь самую яркую часть галактики её ядро, диск Андромеды слишком тусклый для наших глаз. Если бы наши глаза были достаточно чувствительны, мы бы наблюдали в небе объект в семь раз больше диска Луны.

А ведь ещё совсем недавно Вселенная в представлении человека ограничивалось нашей собственной галактикой. А все наблюдаемые туманные объекты, как например, планетарные туманности в нашей галактике, так и объекты подобной Андромеде считали частью Млечного пути на протяжении веков. Делались попытки описать её природу и определить расстояние до неё. Но вплоть до XX века Андромеда считалось лишь частью нашей галактики.

В 1917 году Гебер Дауст Кёртис наблюдал новые звёзды в области Андромеды и обнаружил, что наблюдаемые звёзды были в среднем в 10 раз тусклее, чем в других регионах неба. Исходя из этой разницы, он предположил, что расстояние до Андромеды, 500 тысяч световых лет и стал сторонником гипотезы островных вселенных. Согласно которой Андромеда и подобные ей спиральные туманности были отдельными объектами во Вселенной.

И в 1920 году между Кёртисом и другим астрономам Харлоу Шепли, разразился большой спор, о размере Вселенной и природе спиральных туманностей. Другими аргументами Кёртиса были тёмные участки в Андромеде, которые напоминают облака пыли в нашей Галактике и заметное доплеровское смещение.

А в 1922 году Эрнст Юлиус Эпик используя метод основанный на наблюдении скорости вращения галактик, рассчитал расстояние до Андромеды в один миллион пятьсот тысяч световых лет, утроив оценку Кёртиса и приблизив оценку к реальному расстоянию.

Из миллиардов и миллиардов звёзд, одна-единственная звезда окончательно изменила представление о вселенной, цефеида V1. Цефеиды — это переменные пульсирующие звёзды с предсказуемой зависимостью период светимостью. Эта зависимость была открыта Генриетта Суон Левиттом и стало одним из важнейших открытий в истории астрономии. Из-за предсказуемости цефеид их использовали для определения расстояний благодаря переменному блеску.

Это работает так, если мы при помощи других методов, например параллакса, можем определить расстояние до близлежащей цефеиды с периодом изменения блеска скажем в пять дней и знаем её абсолютную звёздную величину, то найдя более удалённую цефеиду с таким же периодом изменения блеска, основываясь на том, насколько она тусклее, можно рассчитать расстояние до неё.

Эдвин Хаббл нашёл переменную звезду в Андромеде и определил её как цефеиду V1 или переменная звезда Хаббла номер один. Благодаря ей он определил, что Андромеда не часть нашей галактики, а отдельный объект, разрешив большой спор и многократно раздвинув границы Вселенной.

Когда-то человечество считало, что Земля — это всё что есть. Затем представление о Вселенной расширилась до размеров галактики. Теперь же мы знаем, что наблюдаемая Вселенная состоит из сотен миллиардов галактик и немаловажную роль в этих открытиях сыграла галактика Андромеды.

Галактик Андромеды

Столкновение черных дыр

Галактика Андромеды и Млечный Путь имеют центральные сверхмассивные черные дыры: Стрелец А (3,6*106 масс Солнца) и объект снутри P2 скопления Галактического ядра. Эти черные дыры сойдутся в одной точке около центра новообразованной галактики, передавая орбитальную энергию звездам, которые со временем сместятся на более высочайшие траектории. Вышеперечисленный процесс может занять миллионы лет. Когда черные дыры приблизятся на расстояние одного светового года друг от друга, они начнут испускать гравитационные волны. Орбитальная энергия станет еще мощнее, до тех пор пока слияние не закончится полностью. Исходя из данных моделирования, проведенного в 2006 году, Земля может быть сначала отброшена почти к самому центру новообразованной галактики, потом пройдет около одной из черных дыр и будет извержена за границы Млекомеды.

Возможные последствия столкновения для Солнечной системы

Проявления этого столкновения будут происходить крайне медленно и могут быть вообще не замечены с Земли невооружённым глазом. Вероятность какого-либо непосредственного воздействия на Солнце и планеты мала. Но с другой стороны не исключено, что во время столкновения Солнечная система 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. От межгалактической радиации, возможно, сможет защитить нас магнитосфера Солнца. 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 и последующее превращение его в красный гигант через 5—6 миллиардов лет.

Вероятность столкновения

В данный момент точно не известно, произойдёт столкновение или нет. Радиальная скорость галактики Андромеды относительно Млечного Пути может быть измерена с помощью изучения доплеровского смещения спектральных линий от звёзд галактики, но поперечная скорость (или «собственное движение») не может быть прямо измерена. Таким образом, 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. На данный момент, наиболее точные косвенные измерения поперечной скорости показывают, что она не превышает 100 км/с. Это предполагает, что по крайней мере гало тёмной материи двух галактик столкнутся, даже если не произойдёт столкновения самих дисков. Запущенный Европейским космическим агентством в 2013 году космический телескоп Gaia измерит местоположения звёзд галактики Андромеды с достаточной точностью для установления поперечной скорости.

Фрэнк Саммерс из Научного института космического телескопа создал компьютерную визуализацию предстоящего события, основанную на исследовании профессора Криса Мигоса из Case Western Reserve University и Ларса Хернквиста из Гарвардского университета.

Согласно опубликованным в сентябре 2014 года данным, по одной из моделей, через 4 миллиарда лет Млечный Путь «поглотит» Большое и Малое Магеллановы Облака, а через 5 миллиардов лет сольётся с Туманностью Андромеды. По другим расчётам галактики столкнутся по касательной через 4,7 млрд лет.

Такие столкновения — относительно обыкновенное явление: туманность Андромеды, к примеру, столкнулась в прошлом по крайней мере с одной карликовой галактикой, как и наша Галактика.