Читать книгу За вратами загадочнной Вселенной. Том 1 - Лариса Печенежская - Страница 6

Образование первых звезд Вселенной

Под звездным сводом нашего неба затаились тайны и величие, олицетворяющие красоту и загадочность Вселенной. Звезды, созвездия и галактики – вечные путеводители человечества в недрах бесконечности – свидетельствуют о великой красоте космоса.

Звезды – искры великой симфонии вселенной, раскрывающие свои загадки под покровом ночного неба. Созвездия же, словно сказочные персонажи, завораживают нас своими формами и легендами, запечатленными в звёздах. А галактики представляются сияющими островами в безбрежности космоса и уносят нас в эпические путешествия сквозь миллиарды звездных систем. Они – вечные вопросы, на которые стоит искать ответы в бескрайних просторах небес. Так давайте же отправимся в это удивительное путешествие по звездам и их созвездиям в дальних галактиках, чтобы почувствовать магию и величие космического пространства.

Первые звезды, появившиеся во Вселенной, возникли примерно через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва. Их образование произошло в результате эволюции плотных облаков водорода и небольших следов гелия, которые начали формироваться после периода инфляции и постепенного остывания Вселенной.

Космические облака газа, содержащие в основном водород и немного гелия, подвергались гравитационному сжатию из-за неравномерности в распределении массы в пространстве. Постепенно эти облака газа стали сжиматься под собственным весом, увеличиваясь в плотности и температуре в центре.

Это привело к образованию плотных и горячих ядер, которые затем начали являться источниками ядерных реакций, особенно ядерных слияний водорода в гелий. Процесс ядерного слияния, происходящий внутри этих газовых шаров, создавал огромные количества энергии и тепла.

Это тепло и давление стимулировали возникновение первых ярких светил.

Процесс ядерного слияния, происходящий внутри этих газовых шаров

Они были намного массивнее и горячее, чем современные звезды, а их жизненный цикл – значительно короче. Первые звезды сыграли важную роль в развитии и структурировании ранней Вселенной, а также в процессе формирования элементов, из которых затем образовались новые звезды, планеты и другие космические структуры.

Их роль в эволюции Вселенной была колоссальной. Процессы ядерного синтеза внутри первых звезд позволили создать тяжелые элементы, такие как углерод, кислород, железо и другие, необходимые для формирования планет, астероидов и, в конечном итоге, жизни.

После завершения жизненного цикла первые звезды проходили через взрывные сверхновые18, выбрасывая в пространство эти новообразованные элементы, которые, собравшись в облаках газа и пыли, стали основой для формирования следующих поколений звезд и планетарных систем.

Таким образом, первые звезды играли ключевую роль в формировании и разнообразии элементов, из которых состоит Вселенная. Их важность в эволюции космоса трудно переоценить, поскольку они стали фундаментом для всего последующего разнообразия и комплексности космической структуры.

Образование первых галактик связано с эволюцией Вселенной после Большого взрыва. В первые моменты Вселенная была заполнена очень горячим и плотным супом из элементарных частиц, включая фотоны, нейтрино, электроны и протоны, что стало первым этапом образования галактик.

Первый этап образования галактик

Сначала после инфляции Вселенная была заполнена равномерно распределенными газом и темной материей19. Эти маленькие неоднородности в распределении материи начали увеличиваться под воздействием гравитации, а плотные области – сжиматься, создавая условия для образования атомов водорода и образуя структуры, из которых затем формировались первые галактики. По мере того, как газовые и темные материи сливались, возникали более массивные облака, которые становились ядрами для образования галактик.

В связи с ростом этих облаков внутренние области становились более горячими и плотными, что стимулировало начало образования звезд и, в конечном итоге, формирование галактических структур.

Со временем эти первые галактики эволюционировали, подвергаясь столкновениям, слияниям и формированию новых звезд. Их структуры и формы изменились под воздействием гравитации и других процессов, создавая разнообразие галактических типов, которые мы видим сегодня в космосе.

Формирование галактик претерпело несколько этапов:

– Темные века. Между 380 000 и 500 000 лет после Большого Взрыва Вселенная достаточно охладилась, чтобы атомы водорода могли образоваться из свободных электронов и протонов. Это произошло благодаря процессу, известному как рекомбинация20. Это событие также ознаменовало окончание «темных веков», когда Вселенная была непрозрачной из-за ионизации.

– Гравитационное притяжение. После завершения рекомбинации, атомы водорода стали основным компонентом Вселенной. Под действием гравитации эти атомы начали объединяться в небольшие сгустки материи, которые стали первыми галактиками. Эти сгустки были около 100 миллионов световых лет21 в диаметре и состояли из миллионов звезд.

– Формирование звезд. Со временем под действием гравитации эти сгустки стали сжиматься и образовывать звезды. Этот процесс называется звездообразованием. Они формировались в результате коллапса газовых облаков, которые «рождались» из сгустков материи.

– Эпоха реионизации22. В процессе формирования звезд некоторые из них были достаточно горячими и массивными, чтобы взорваться как сверхновые. Когда это происходило, они выбрасывали в пространство большое количество тяжелых элементов, таких как кислород, железо и кремний. Эти элементы были необходимы для формирования более поздних поколений звезд и галактик.

– Слияние галактик. Со временем галактики начали взаимодействовать друг с другом, сливаться и образовывать более крупные структуры. Этот процесс продолжается и по сей день, и результатом его является то разнообразие галактик, которое мы наблюдаем сегодня.

– Активное звездообразование. В некоторых галактиках, особенно в тех, которые имеют высокую плотность звезд и газа, продолжается активное образование звезд. Это происходит благодаря гравитационному притяжению, которое приводит к коллапсу23 газовых облаков и образованию новых звезд.

– Эволюция галактик. На протяжении миллиардов лет галактики эволюционировали, их звезды умирали, а на их месте образовывались новые. Этот процесс, известный как звездообразующий цикл, продолжается и сегодня, хотя и с меньшей интенсивностью, чем в прошлом.

В целом исследователи полагают, что количество галактик во Вселенной превышает два триллиона. При этом большинство галактик подпадают под четко определенные классификации и имеют либо спиральную форму, как Млечный путь, либо эллиптическую, линзообразную или неправильную форму. Рассмотрим типы галактик, которые встречаются на вселенских просторах.

– Спиральные галактики с выраженным центральным ядром, из которого выходят спиральные рукава. Они часто имеют диски, где формируются новые звезды.

Спиральные рукава являются одним из наиболее захватывающих явлений в галактических структурах. Эти длинные спиральные образования состоят из миллиардов звезд и звездных облаков, вращающихся вокруг центрального ядра галактики. Спиральные рукава являются местами интенсивного звездообразования и содержат некоторые из самых ярких и молодых звезд в галактике.

Спиральная галактика Млечный Путь

Млечный Путь является спиральной галактикой с четко выраженными рукавами, которые встречаются редко – в 10% случаев.

Помимо него, можно назвать:

• Галактику Черный Глаз, которая выглядит как огромное око, которое бросает зловещий взгляд из бездонного вакуума на глубины космоса. Она находится в созвездии Волосы Вероники и расположена на расстоянии около 18,3 миллионов световых лет от Земли.

Среди множества разноцветных и ярких галактик во Вселенной М64 выделяется как яркая иллюстрация к научно-фантастическим журналам 1950-х годов. Звезды в этой галактике формируются в огромном количестве.

Спиральная галактика М64 – Черный Глаз

Но что действительно странно, так это то, что она состоит из двух галактик с разным направлением вращения. Внутренняя часть системы вращается в одну сторону, в то время как звезды и пыль во внешних частях, находящихся на расстоянии около 40 000 световых лет, – в другую.

Гипотеза заключается в том, что две галактики столкнулись и слились друг с другом в далеком прошлом. В результате этого столкновения внутренняя часть галактики сохранила свое первоначальное направление вращения, а внешние части – приобрели новое.

Кроме необычного вращения, М64 также известна своей темной полосой пыли, которая пересекает ее центр. Эта полоса пыли настолько плотна, что блокирует свет от звезд, находящихся за ней. В результате этого создается эффект «глаза», который придает галактике свой уникальный вид.

• К спиральным следует отнести и галактику NGC 1300, расположенную в созвездии Эридан на расстоянии около 61 миллиона световых лет от Земли. Эта спиральная галактика имеет свои особенности: перемычку из ярких звёзд, выходящую из центра и пересекающую её посередине, отсутствие активного ядра, что может указывать на недостаточно массивную чёрную дыру в центре, а также то, что её четыре спиральные ветви начинаются на концах перемычек, тогда как в обычных спиральных галактиках они выходят непосредственно из ядра.

Галактик NGC 1300

Эта галактика, вероятно, образовалась в результате слияния двух или более галактик, что подтверждается наличием двух спиральных рукавов, которые расходятся от центра галактики в противоположных направлениях. Изображение галактики было получено с космического телескопа Хаббл в сентябре 2004 года. Оно является одним из самых больших изображений телескопа Хаббл, показывающих галактику целиком.

Обладательницей титула самой большой спиральной галактики на сегодняшний день стала галактика с перемычкой NGC 6872, расположенная на расстоянии 212 миллионов световых лет в созвездии Павлина.

Внешне она отличается от нашего Млечного Пути и в 5 раз больше него. Галактика обладает двумя длинными звездными «отростками», которые исходят из ее противоположных концов.

Спиральная галактика с перемычкой NGC 6872

NGC 6872 находится на расстоянии 212 миллионов световых лет от Земли. Ученые считают, что ее вытянутая форма обусловлена взаимодействием с соседней дисковой галактикой IC4970, масса которой составляет всего одну пятую от массы гиганта. Обычно такие галактические взаимодействия приводят к слиянию. Но в данном конкретном случае они, похоже, создадут новую галактику.

И еще несколько слов о спиральных галактиках. Их диски с характерным периодом вращения в несколько сотен миллионов лет содержат основную массу звёзд. Скорости вращения на большом расстоянии от центра достигают 100—400 км/с в зависимости от массы галактики и, как правило, мало меняются с удалением от центра.

Астрономы неожиданно для себя самих получили доказательства того, что все спиральные галактики вращаются с одной и той же скоростью. Нет никаких различий по месту во Вселенной, размеру, массы и плотности галактик. Все они тратят примерно 1 миллиард лет на полный оборот. Кроме того, астрономы математически вывели еще одну забавную закономерность: на краю галактик находятся самые старые звезды, хотя раньше считалось, что наоборот.

За некоторым исключением, спиральные галактики напоминают во Вселенной своеобразный космический фейерверк, о чем свидетельствуют изображения, сделанные с помощью очень большого телескопа Европейской южной обсерватории:

Спиральные галактики напоминают своеобразный космический фейерверк

– Эллиптические галактики имеют форму эллипса и обычно отличаются отсутствием выраженной структуры рукавов и дисков. Они большей частью содержат старые звезды и имеют более плотное ядро.

Эллиптическая галактика типа Е7, противоположные концы большой оси которой как бы заострены

К эллиптическим галактикам относятся:

• Вирго A – огромная эллиптическая галактика в созвездии Девы, в центре которой находится одна из наиболее массивных черных дыр, известная как M87*.

• M32 – небольшая эллиптическая галактика, являющаяся спутником Андромеды.

• Форнах UCD3 – галактика как результат слияния нескольких галактик, которая относится к редкому классу ультракомпактных карликов. Отличительная особенность – высокая плотность звезд и очень малый размер до 300 световых лет в диаметре. В центре её ученые открыли сверхмассивную черную дыру, по массе примерно равную сверхмассивной черной дыре в центре Млечного Пути и составляющую приблизительно 4% массы всей звездной системы, в которой находится.

Как возможно, что галактика столь малого размера обладает черной дырой таких размеров? Ученые убеждены, что это доказательство того факта, что некоторые галактики периодически сталкиваются между собой и более крупная «отхватывает» часть меньшей, продолжая свое путешествие в пространстве-времени. Нечто подобное произошло и с Fornax UCD3, превратив ее в умирающий «кусочек» с огромной дырой в центре.

• Центавр А. Она также известна как галактика Паука из-за своей выдающейся структуры.

Галактика Центавр А (NGC 5128)

От галактик других типов эллиптические галактики отличаются не только формой, но и простым внутренним строением, однородностью. Звезды в этих галактиках распределены очень равномерно, не образуя никаких внутренних уплотнений. Даже центральное ядро почти не замечается. Яркость в разных точках эллиптических галактик тоже примерно одинакова.

Эллиптические галактики с визуальной точки зрения представляют собой, вероятно, самый невыразительный тип галактик. Их форма напоминает гладкие эллипсы или круги с постепенным уменьшением светимости от центра к периферии. Они не обладают дополнительными характеристиками в своей структуре, например, рисунком, так как состоят из вторичного типа звездного населения. В основном эллиптические галактики состоят из красных и желтых гигантов, а также красных и желтых карликов с небольшим добавлением белых звезд с невысокой светимостью.

В них отмечается отсутствие бело-голубых сверхгигантов и гигантов, чьи скопления могли бы придать галактике выраженную структуру, а также пылевой материи, которой свойственно создавать темные полосы, подчеркивая форму звездной системы. Следовательно, внешне эллиптические галактики отличаются друг от друга преимущественно лишь степенью сжатия. Но, как выяснилось, очень сильно сжатых эллиптических галактик нет.

Исследования этих галактик показали, что все они вращаются вокруг своих малых осей, причем угловая скорость вращения одинакова на всех расстояниях от оси. Иначе говоря, эллиптические галактики в отличие от спиральных вращаются так же, как и твердые тела, например колесо или жернов. В твердых телах частицы расположены очень близко друг к другу. Поэтому между ними действуют огромные силы сцепления, которые связывают все частицы друг с другом и являются причиной того, что при вращении одни части тела увлекают за собой другие.

Интересно также и то, что эллиптические галактики в скоплениях галактик – это гигантские галактики, в то время как эллиптические галактики вне скоплений – это карлики в мире галактик. Таким образом, ученые впервые встретились с явлением различия типажа эллиптических галактик в разных областях Вселенной.

– Неправильные галактики оправдывают свое название, так как, не имея определенной формы и структуры, выглядят хаотично, без ярко выраженного ядра и спиральных ветвей. Они составляют около 10% всех галактик во Вселенной и могут быть большими или маленькими, яркими или тусклыми.

Однако, как и спиральные галактики, неправильные галактики содержат звёзды разных возрастов и межзвёздный газ и относятся к дисковым системам, поскольку основное количество звёзд и межзвёздной среды в них образует вращающийся «пухлый» звёздно-газовый диск. Он состоит преимущественно из старых звёзд (хотя могут быть звёзды всех возрастов) и имеет более симметричную форму, чем сама галактика, наблюдаемая в оптическом диапазоне спектра. Бесструктурный вид этим галактикам придаёт не характер распределения вещества в них, а хаотичное расположение в галактическом диске группировок молодых звёзд и связанных с ними светящихся облаков ионизованного газа. Среди большого количества неправильных галактик трудно найти две похожие.

Свойства неправильных галактик очень разнообразны: их массы, размеры, поверхностные яркости, темпы звездообразования варьируются в широких пределах.

Один из способов их образования, когда две галактики сталкиваются друг с другом и, деформируясь, образуют новую галактику неправильной формы.

Другой способ – это когда галактика испытывает сильное гравитационное воздействие от другой галактики, что может привести к деформации формы галактики и образованию неправильных структур.

Неправильные галактики можно разделить на две основные категории: первого типа, которые имеют некоторую структуру и признаки спиральных галактик, и второго типа, не имеющие никакой структуры и не вписывающиеся в одну из категорий, используемых в классификации галактик Хаббла.

Неправильные галактики могут быть источником мощных выбросов энергии и гравитационных волн.

Из них можно назвать следующие:

• NGC 1427A – относится к классу неправильных галактик, то есть имеющих аморфную структуру. Она находится на расстоянии 62 млн световых лет от Земли, входя в Скопление Печи. В неё входит большое число молодых горячих голубых звёзд, что свидетельствует об интенсивном звёздообразвании. Галактика движется со скоростью 600 км/с в сторону соседнего звездного скопления Печь, что вызывает деформацию и потенциально стимулирует образование новых заезд.

Неправильная галактика NGC 1427A в Скопление Печи

Галактика имеет вытянутую форму с характерным «наконечником стрелы» на одном конце, обусловленную её быстрым движением через скопление Печь. Классифицируется как «карликовая» галактика из-за небольшого размера по сравнению с другими галактиками

• IC 10 – другая неправильная галактика в созвездии Кассиопея, которая притаилась за пылью и газом, находящимися в плоскости нашей галактики на расстоянии 2,3 миллиона световых лет.

IC 10 – неправильная галактика в созвездии Кассиопея

Её свет ослабевает на пути к нам из-за вездесущей пыли. Однако это не мешает нам видеть в этой карликовой галактике энергичные области звездообразования. На этом красочном небесном пейзаже они светятся многоговорящим красноватым светом.

Было установлено, что она движется по направлению к Млечному Пути со скоростью в 350 км/с, что усилило доказательства её членства в Местной группе24.

Галактика IC 10 окружена кольцом из более старых звезд и имеет необычную форму, которая, возможно, является результатом взаимодействия с другой галактикой.

Она содержит огромную водородную оболочку, а также необычна тем, что её видимая часть вращается в другом направлении, чем внешняя оболочка. В центре галактики содержится область ионизированного водорода, поддерживаемого в этом состоянии ультрафиолетом горячих звёзд.

Галактика проявляет себя как рентгеновский источник, периодически затмевающийся звездой-компаньоном, которая в будущем, примерно через 0,3 млн лет, превратится в чёрную дыру. Несмотря на свою близость, галактика довольно трудна для изучения, потому что находится почти рядом с плоскостью Млечного Пути.

– Arp 220 – ультраяркая инфракрасная галактика со светимостью более триллиона солнц. Для сравнения, наша галактика Млечный Путь имеет гораздо более скромную светимость – около десяти миллиардов солнц.

Arp 220 – ультраяркая инфракрасная галактика со светимостью более триллиона солнц.

Расположена на расстоянии 250 миллионов световых лет от Солнца в созвездии Змеи. Является результатом столкновения двух галактик, которое началось 700 миллионов лет назад, и в настоящее время находится в процессе слияния, которое, вероятно, продлится еще сотни миллионов лет.

Это грандиозное событие, которое оказывает глубокое влияние на обе галактики. Сейчас их ядра находятся на расстоянии 1200 световых лет друг от друга. Каждое из ядер имеет вращающееся кольцо, в котором рождаются звезды. Яркий ультрафиолетовый свет от них создает дифракционные всплески – лучи, исходящие из центра и создающие оптический эффект.

Гравитационное притяжение галактик друг к другу приводит к деформации их форм и образованию длинных хвостов и петель из газа и звезд. Газ и пыль в галактиках сжимаются под действием гравитации, что приводит к образованию новых звезд. В центре каждой из галактик Arp 220 находится сверхмассивная черная дыра. Когда галактики сольются, эти черные дыры также образуют еще более массивную черную дыру.

Когда галактики сливаются, газ между звездами сжимается, образуя интенсивные вспышки новых звезд и питая массивные черные дыры в центрах слияний. Пыль в этих слияниях блокирует видимый свет от областей звездообразования и активных черных дыр, но более длинные волны света, такие как инфракрасные, могут ускользнуть и быть обнаружены телескопом Уэбба.

– Линзообразные галактики напоминают линзу из-за своей плоской структуры и вытянутой формы. Они возникают в результате гравитационного искривления света от удаленных объектов, вызванного присутствием ближних массивных галактик или скоплений галактик. По классификации Хаббла, это промежуточный тип между эллиптической и спиральной галактиками.

Линзообразные звездные системы обладают звездным диском вокруг центрального шаровидного скопления-балджа25, однако рукава относительно малы и выражены не очень ярко, а количества межзвездной газопылевой материи недостаточно для активного рождения новых звезд. Основные их «жители» – старые большие звезды, красного или желтого цветов. Как и спиральные галактики, они имеют форму диска, выраженное ядро и гало. Среди линзовидных галактик можно найти объекты с достаточно причудливыми и завораживающими формами.

Линзовидные галактики являются одними из самых распространенных типов галактик во Вселенной. Предположительно, образуются в результате столкновения спиральных галактик, из-за чего их диски могут быть деформированы и сформировать линзообразную форму. Они составляют около 20% всех галактик и являются интересными объектами для изучения, так как могут дать нам представление о том, как галактики эволюционируют.

Звёздные диски линзовидных галактик вращаются вокруг центра примерно с теми же скоростями, что и в спиральных галактиках. Однако диски в линзовидных галактиках обычно более толстые и характеризуются более высоким разбросом скоростей звёзд. Но главное отличие от спиральных галактик заключается в том, что рождение звёзд в линзовидных галактиках прекратилось практически полностью очень давно, многие миллиарды лет назад, что сделало их похожими на эллиптические галактики по составу звёздного населения, цвету и спектру. Очень много линзовидных галактик наблюдается в богатых скоплениях галактик, заполненных горячим межгалактическим газом.

Галактика NGC 6861 в созвездии Телескоп.

Это второй по яркости объект в созвездии. В отличие от большинства линзовидных галактик, которые, как правило, лишены как газа, так и пыли, NGC 6861 демонстрирует толстое затемняющее кольцо пыли вокруг ядра, где происходит звездообразование. Галактика была открыта шотландским астрономом Джеймсом Данлопом в 1826 г.

Вот несколько других примеров линзовидных галактик:

– Галактика Веретено – линзовидная галактика, расположенная в созвездии Дракона. Она находится на расстоянии около 44 миллионов световых лет от Земли. Галактика имеет диаметр около 60 000 световых лет и содержит около 100 миллиардов звезд.

Она является одной из самых изученных линзовидных галактик. В 2019 году в ней была обнаружена сверхмассивная черная дыра, масса которой составляет около 2,6 миллиардов солнечных масс, а в 2021 году – активное ядро, в котором происходит звездообразование.

– Скопление галактик, которое содержит линзообразные галактики, играющие ключевую роль в исследованиях гравитационных линз и теории относительности и помогающие астрономам лучше понять далекие источники света.

Гигантский кластер эллиптических галактик Abell 383 в центре этого изображения содержит так много массы темной материи, что ее гравитация искривляет свет. Звезды этого скопления оказались неожиданно старыми для галактики, столь близкой по времени к началу Вселенной.

Гигантский кластер эллиптических галактик Abell 383

Используя Abell 383, группа астрономов идентифицировала и изучила галактику, настолько далекую, что мы видим ее такой, какой она была менее чем через миллиард лет после Большого взрыва.

– Галактика NGC 720 является линзовидной галактикой, в которой происходит активное звездообразование. Это необычно для линзовидных галактик, так как они обычно считаются старыми и спокойными.

– Галактика NGC 4621 – линзовидная галактика с кольцом темной материи.

– Галактика NGC 612, возможно, является самой необычной из линзовидных галактик, которая обладает целым рядом интересных особенностей.

Необычная линзовидная галактика NGC 612

Она имеет яркий оранжевый пояс, окружающий внутренние области голубого цвета, и относится к активным галактикам. Это означает, что ее центральные области излучают примерно в 100 раз больше энергии, чем все звезды в диске. Вещество вокруг ее ядра движется относительно спокойно.

Самое же примечательное в NGC 612 то, что ее ядро является активным в радиодиапазоне. Подобные системы называются радиогалактиками и большинство из них относится к типу эллиптических. Ученым известно только пять галактик, которые ведут себя так, как эта.

NGC 612 расположена в созвездии Скульптора на расстоянии 400 млн световых лет от Земли, и ее легко можно наблюдать в Южном полушарии Земли, а вот в Северном это невозможно.

Линзообразные галактики являются уникальными объектами, позволяющими ученым изучать и понимать гравитационные линзы, массу галактик и даже свойства темной материи во Вселенной.

– Двойные галактики представляют собой пары галактик, находящихся в близком взаимодействии друг с другом, и могут находиться в процессе слияния или иметь сложные гравитационные взаимодействия. Они составляют около 12% всех галактик во Вселенной и могут образовываться различными способами.

Один из способов – когда две галактики сталкиваются друг с другом. При столкновении их диски могут быть деформированы и образовать две отдельные галактики, которые вращаются вокруг друг друга.

Другой способ образования двойных галактик – это когда две галактики рождаются в одном и том же месте в пространстве. В этом случае галактики, вероятно, начинают свое существование как отдельные галактики, но со временем их гравитация может привести их к тесному взаимодействию.

Американские ученые обнаружили объединяющиеся галактики, в каждой из которых есть квазар, очень яркий космический объект, сопровождающий сверхмассивную черную дыру.

Объединяющиеся галактики, в каждой из которых есть квазар

У галактик четко видны «хвосты» – следы их гравитационного взаимодействия. По словам ученых, именно эти удлиненные рукава указывают на то, что две галактики действительно объединяются.

Двойные галактики можно разделить на два основных типа: тесные двойные галактики и разреженные двойные галактики.

Тeсные двойные галактики находятся очень близко друг к другу, и их гравитация оказывает сильное влияние на их эволюцию. В результате этих взаимодействий могут происходить такие процессы, как звездообразование, слияние галактик и даже образование черных дыр.

Разреженные двойные галактики находятся дальше друг от друга, и их гравитация оказывает меньшее влияние на их эволюцию. В результате эти галактики могут оставаться относительно изолированными друг от друга в течение миллиардов лет.

Эволюция двойных галактик зависит от расстояния между ними и от их массы. Тесные двойные галактики, как правило, эволюционируют быстрее, чем разреженные. Гравитация в них может привести к тому, что галактики столкнутся или сольются. Если галактики столкнутся, они могут деформироваться и образовать новую галактику, а если сольются, то образуют одну большую галактику.

В разреженных двойных галактиках гравитация оказывает меньшее влияние на их эволюцию. В результате эти галактики могут оставаться относительно изолированными друг от друга в течение миллиардов лет.

Назову некоторые из двойных галактик:

• Mice – известная пара галактик, которые находятся в процессе слияния и получили свое название из-за их внешнего вида, напоминающего две мыши. Они находятся на расстоянии около 290 миллионов световых лет от Земли. Эти галактики взаимодействуют и в будущем может произойти их слияние.

Астрономы считают Мышек архетипичным представителем прямого слияния галактик, имеющих одинаковые направления движения и вращения.

Mice – известная пара галактик, которые находятся в процессе слияния

Эта двойная галактика имеет овальную форму, основную особенность которой составляет длинный тонкий приливной хвост, простирающийся на 80» к северу, и является одним из наиболее ярких подобных объектов. Обе галактики соединены диффузным приливным мостом.

• Antennae Galaxies – еще один известный пример слияния галактик, форма которых напоминает антенны. Отсюда и название. Два её длинных хвоста образованы из звезд, газа и пыли, выброшенных из галактик в результате столкновения.

Antennae Galaxies – еще один известный пример слияния галактик

Ядра двух галактик соединяются, образуя одну гигантскую галактику. Вероятно, именно таким будет будущее нашего Млечного Пути, когда он столкнется с галактикой Андромеды.

Это пара взаимодействующих галактик в созвездии Ворона, переживающих в настоящее время фазу звездообразования, которое вызывается столкновением облаков газа и пыли с запутанными магнитными полями. Считается, что местами рождения скоплений являются самые плотные области коллапсирующих и сжимающихся облаков.

• NGC 5394/NGC 5395 – пара галактик в созвездии Гончие Псы, которая демонстрирует ярко выраженные признаки гравитационного взаимодействия. Из-за своей формы она получила название «Цапля».

Считается, что обе галактики уже однажды сталкивались и сейчас собираются в одну.

NGC 5394/NGC 5395 – пара галактик в созвездии Гончие Псы с признаками гравитационного взаимодействия

Самой заметной особенностью галактики является хорошо выраженный спиральный рукав, формирующий почти замкнутое кольцо вокруг галактики. Он отделён от яркой центральной области тёмной поглощающей свет областью.

• ARP 240. Эта удивительная пара спиральных галактик, расположившаяся в созвездии Девы, находится в процессе взаимодействия и имеет красивую структуру.

Созданный из газа и звезд, мост показывает, что эти две огромные звездные системы подошли близко друг к другу и испытали сильные приливы, вызванные взаимной гравитацией.

Гравитационные приливы не только вытесняют материю, они сжимают газ и вызывают звездообразование как в галактиках, так и в необычном мосте. В конечном итоге повторные проходы приведут к слиянию и возникновению единой галактики.

ARP 240.– удивительная пара спиральных галактик, расположившаяся в созвездии Девы

Галактики заметно взаимодействуют друг с другом через мост из тусклых звезд, соединяющий их, почти как два танцора, держащиеся за руки при выполнении пируэта. Обе галактики содержат в своих центрах сверхмассивные черные дыры и активно формируют новые звезды в своих дисках.

• NGC 6050 – пара галактик, представляющая собой примечательное столкновение двух спиральных галактик, NGC 6050 и IC 1179, и являющаяся частью скопления галактик Геркулеса, расположенного в созвездии Геркулеса, – крупнейшей известной структуры во Вселенной.

NGC 6050 – пара галактик, представляющая собой примечательное столкновение двух спиральных галактик

Две спиральные галактики связаны своими вращающимися рукавами и расположены примерно в 450 миллионах световых лет от Земли.

– В космическом пространстве можно наблюдать и спутниковые галактики, которые находятся вокруг более крупных, известных как галактики-хозяева, и зависят от них гравитационно. В паре обращающихся галактик более крупную галактику можно назвать главной, а меньшую – спутником. Структура галактики-спутника зачастую более сложна, чем у главной галактики, поскольку свойства первой зависят не только от эволюции её самой, но и от гравитационного влияния главной галактики и от окружающей среды в целом

Спутниковые галактики образуются различными способами. Один из них, когда две галактики сталкиваются друг с другом и одна из галактик может быть захвачена гравитацией другой галактики и стать ее спутником. Второй способ – когда две галактики рождаются в одном и том же месте в пространстве и начинают свое существование как отдельные галактики, но со временем гравитация более крупной галактики приводит к тому, что более мелкая становятся ее спутником.

Спутниковые галактики можно разделить на два основных типа: карликовые галактики, которые эволюционируют быстрее, и средние галактики.

Карликовые спутниковые галактики могут быть поглощены более крупной галактикой, теряя свою идентичность и становясь частью более крупной галактики, а средние могут оставаться относительно изолированными от более крупной галактики в течение миллиардов лет. Однако они могут испытывать гравитационное воздействие более крупной галактики, что может привести к изменению их формы или скорости вращения.

Галактики, двигающиеся по направлению друг к другу, при определённых условиях могут взаимодействовать: сталкиваться, сливаться друг с другом, разделять друг друга на фрагменты.

Галактики-спутники и их составляющие привязаны к своей родительской галактике так же, как планеты в нашей собственной солнечной системе гравитационно связаны с Солнцем.

Млечный путь со своими спутниками

Наша галактика не одинока во тьме космоса – у нее есть больше десятка спутников. И это только те, о которых нам что-то известно. Вот некоторые из них:

• Скульптор – карликовая эллиптическая галактика. Находится в 278 000 световых лет от Земли. Масса – 400 миллионов масс Солнца. Количество звезд: 100 миллионов

Скульптор – карликовая эллиптическая галактика

Окружена шаровым скоплением, не содержит газа и пыли и является одной из самых старых галактик во Вселенной.

– Большое Магелланово Облако – карликовая спиральная галактика в созвездии Золотая Рыбка, которая находится в 163 000 световых лет от Земли и насчитывает 50 миллиардов звёзд. Самая яркая галактика, видимая из Млечного Пути. Яркая центральная область отличается активным звездообразованием, а спиральные рукава содержат молодые, горячие звезды. Движется к Млечному Пути со скоростью 60 километров в секунду.

Большое Магелланово Облако – карликовая спиральная галактика в созвездии Золотая Рыбка

– Печь – карликовая сфероидальная галактика-спутник Млечного Пути. Она была открыта в 1785 году английским астрономом Уильямом Гершелем. Находится в 200 000 световых лет от Земли в созвездии Печь. Окружена шаровым скоплением, не содержит газа и пыли и насчитывает где-то миллион звезд. Одна из самых тусклых галактик, видимых невооруженным глазом, возраст которой составляет около 13 миллиардов лет.

Печь – карликовая сфероидальная галактика-спутник Млечного Пути

• Туманность Андромеды – спутниковая спиральная галактика вокруг более крупной галактики Андромеды, которая также является членом Местной Группы галактик.

Туманность Андромеды – спутниковая спиральная галактика вокруг более крупной галактики Андромеды

Имеет обширные области ионизированного водорода и несколько карликовых галактик-спутников. Согласно подсчетам, количество звезд в ней приближается к одному триллиону, что в два с половиной раза больше, чем у Млечного Пути. Яркой центральной области присуще активное звездообразование. Спиральные рукава содержат молодые горячие звезды.

Это самая большая галактика в Местной группе, которая движется к Млечному Пути со скоростью 110 километров в секунду. Американские ученые считают, что Туманность Андромеды пригодна для жизни.

Однако на просторах бесконечной Вселенной существуют галактики, не поддающиеся классификации. Хотя некоторые странные и причудливые галактики являются результатом гравитационных взаимодействий с другими более массивными, а иногда и менее массивными объектами, у них есть кое-что общее: они больше похожи на фантазию художника, чем на реальные, осязаемые коллекции миллиардов звезд.

Например, Arp 273 – группа взаимодействующих деформированных спиральных галактик в созвездии Андромеды, находящаяся на расстоянии 300 млн световых лет от Земли, в области пространства, расположенной между «звездой демона» слева, и «сандалией Андромеды» справа. Гравитационное притяжение между двумя мертвыми галактиками привело к их физическому восстановлению.

У галактики-хозяйки есть диск, который приливно искажается в розоподобную форму под действием гравитационного притяжения своего спутника под ней, демонстрирующего отчетливые признаки активного звездообразования в своем ядре. Они объединяются, образуя красивый небесный цветок.

Arp 273 – группа взаимодействующих деформированных спиральных галактик в созвездии Андромеды

Это столкновение, как оказалось, также привело к наклону внутренних рукавов больших галактики относительно всей галактики, в то время как меньшая галактика стала несколько вытянутой, с двумя раскинувшимися хвостами на обоих концах.

Известно, что большая спиральная галактика Туманность Андромеды находится всего в 2 миллионах световых лет от Млечного Пути и приближается к нему, а система Arp 273 может служить наглядным аналогом их столкновения в далёком будущем.

А теперь познакомлю вас с самыми странными галактиками, известными человечеству на сегодняшний день.

– Ударные кольцеобразные галактики – недавно открытый самый редкий тип галактик в современной Вселенной. При столкновении галактик их газ и пыль выбрасываются в пространство, образуя кольцо вокруг центра столкновения. Их редкость связана с особыми условиями их формирования.

Галактика с «космическим огненным кольцом»

Группа астрофизиков из Австралии, Америки, Канады, Дании и Бельгии смогли объединить изображения, полученные с помощью телескопа «Хаббл» и из обсерватории Кека на Гавайях, и получить изображения галактики, схожей с Млечным Путем. В ее центре – зияющая пустота. Диаметр гигантской черной дыры в два миллиарда раз больше, чем расстояние от Солнца до Земли. Вокруг сверхмассивной черной дыры ученые отмечают гиперактивное звездообразование и сравнивают вновь открытую галактику с «космическим огненным кольцом».

Дело в том, что, по современным представлениям астрономов, подобные объекты образуются в результате столкновения двух крупных галактик. В ходе такого столкновения одна из галактик врезается в другую на большой скорости в первые эпохи ее формирования и «пробивает» в ней дыру, лишив ее центральные регионы значительной части материи и породив вспышку звездообразования на ее окраинах. В результате такие галактики становятся похожими на гигантские «огненные кольца» или «бублики», в центре которых зияет пустота.

Ударные кольцеобразные галактики можно разделить на два основных типа: простые, которые имеют только одно кольцо, и сложные, имеющие несколько колец.

Формирование ударных кольцеобразных галактик может занять миллионы или даже миллиарды лет. В течение этого времени кольцо может расширяться и сужаться, а его форма может меняться. Среди них можно назвать:

– NGC 1269 – большую ударную кольцеобразную галактику, расположенную в созвездии Кассиопея. Она имеет яркое ядро и кольцо, которое содержит большое количество молодых звезд.

– Arp 147 – двойную ударную кольцеобразную галактику в созвездии Кентавра, которая состоит из двух галактик, которые столкнулись друг с другом и образовали два кольца.

– NGC 6028 – небольшую ударную кольцеобразную галактику в созвездии Змееносца, имеющую слабое ядро и кольцо, которое содержит большое количество пыли.

– Пушистые галактики – недавно открытый класс галактик. Эти звездные системы отличаются большой диффузностью и очень малой яркостью. Несмотря на это, масса Dragonfly 44 оказалась равной массе Млечного Пути.

Пушистая галактика Dragonfly 44

Они также известны как ультра-диффузные галактики и представляют собой класс галактик, которые имеют размытые, хлопьевидые спиральные рукава.

Огромная выпуклость в центре состоит из давно образованных звезд. По мнению астрономов NASA, в этой области совсем не осталось газа. В рукавах, напротив, газа и пыли для производства новых звезд предостаточно. Этим и объясняется «хлопьевидная» форма спиральных рукавов.

Эффект уютного меха длинношерстного животного или пуха новорожденного птенца подчеркивается красивым голубым сиянием миллионов молодых звезд, которые успели родиться в рукавах галактики до того, как телескоп запечатлел ее.

Астрономы считают, что пушистые галактики образовались в результате взаимодействия с другими галактиками или скоплениями галактик. Например, галактика может потерять часть своего газа и звезд в результате столкновения с другой галактикой. Это может привести к тому, что галактика станет пушистой.

Несмотря на недавнее открытие, в NASA отметили, что, на самом деле, «пушистые» галактики составляют около 70% всех пойманных в объектив Hubble галактик.

– Кольцевые галактики – одни из самых редких галактик, обнаруженных во всей нашей Вселенной, и в течение многих лет ученые ломали голову, пытаясь выяснить, как именно эти галактики появились. Они характеризуются наличием плотного ядра, окруженного протяженным кольцом ярких молодых звёзд, отделенным от ядра некоторым расстоянием. Визуально кольцеобразные галактики похожи на планетарные туманности.

Первая из этих галактик Объект Хога была обнаружена только в 1950 году и всегда ставила астрономов в тупик из-за своей уникальной конструкции.

Галактика Объект Хога

По словам одного из астрофизиков, кольцевые галактики возникают, когда одна галактика сталкивается с центром другой галактики, вызывая рябь вокруг масштабной катастрофы. Научный мир пока не отреагировал на это объяснение происхождения кольцевых галактик, поскольку все старые утверждения и представления о Вселенной меняются с поступлением новой информацией.

Основываясь на предыдущих исследованиях кольцевых галактик, предполагается, что они не являются планетарными туманностями, потому что состоят из звезд, а не из газа и пыли. Кроме того, не состоят из более молодых галактик, которые растягиваются и разрываются на части, а потом притягиваются к более старым и более массивным галактикам.

– Галактики – медузы, одна из которых – JO206 «обитает» на расстоянии около 700 млн световых лет от Земли.

JO206 – галактика Медуза

На изображении с космического телескопа JO206 предстала в виде цветного диска, окружённого туманным облаком вещества, потоки которого действительно напоминают щупальца медузы, в которых происходит активное звездообразование. Галактики-медузы встречаются в скоплениях и характеризуются газовыми хвостами – веществом, выбрасываемым из галактик по ходу их движения.

Эти «щупальца» образуются в результате взаимодействия между галактиками и средой внутри скопления – разреженной перегретой плазмой. Продвигаясь в области скопления, галактики врезаются в его внутреннюю среду, а свободный газ этих галактик вытягивается в длинные хвосты звездообразования. Это даёт астрономам уникальную возможность изучать звездообразование в экстремальных условиях вдали от основного диска.

– Исследователи также нашли во Вселенной 30 эллиптических и линзовидных «галактик – зомби» при помощи спутника NASA под названием GALEX, которые испускали очень мощное ультрафиолетовое излучение. Другими словами, они были окружены гигантскими ультрафиолетовыми кольцами, «выросты» которых в некоторых случаях простирались на 250 тысяч световых лет.

Галактика-зомби M49 (NGC 4472)

Это галактики, которые перестали образовывать новые звезды, обычно имеют низкую поверхностную яркость и содержат большое количество старых звезд и мало газа. Находящиеся в плотной среде, они могут быть лишены газа, необходимого для звездообразования, из-за гравитационного воздействия соседних галактик или войти в агонизирующую стадию, исчерпав свой запас газа для образования новых звезд. Обычно галактики-зомби выглядят тусклыми и размытыми.

– Есть тип галактик, который стоит в классификации отдельно – галактики с активными ядрами. Их объединяет то, что в их центрах проходят процессы, приводящие к выделению огромного количества энергии. И «облако» этой энергии, не воспринимаемое человеческим глазом, но регистрируемое приборами, зачастую сильно превышает ее видимые размеры.

Самая большая из них – Алкионей, названная в честь сына Урана, греческого бога неба, была обнаружена в созвездии Рыси в 2022 году на расстоянии около 3 миллиардов световых лет от Земли благодаря «удаче». Ее размеры превышают Млечный путь в 100 раз.

Алкионей – радиогалактика с активным ядром

Длина ее джетов26 достигает 16,43 миллионов световых лет. Это значит, что свет, который от Солнца до Земли долетает за 8 минут, летел бы через Алкионей больше 16 миллионов лет. Для сравнения, диаметр Млечного Пути – всего лишь чуть более 100 тысяч световых лет.

Радиогалактики довольно редки. Такое мощное излучение получается из-за того, что сверхмассивная черная дыра в центре слишком уж усиленно поглощает материю. Это приводит к тому, что в районе дыры образуются высокоэнергетические струйные потоки, частицы которых могут разгоняться почти до скорости света, нагреваться и растворяться в плазме, светясь в радиоизлучении. Джеты включают строительные блоки для формирования новых звезд.

Бывшей чемпионкой является гигантская радиогалактика J1420—0545, уютно расположившаяся на границе созвездий Дракона и Малой Медведицы на расстоянии примерно 2,3 миллиарда световых лето Земли. Примечательно, что оптического света от этой галактики изначально не было видно вообще – галактику сразу зарегистрировали именно в радиодиапазоне. И только в 2015 году была успешно проведена оптическая фотометрия, определившая ее как эллиптическую галактику.

Еще одна огромная радиогалактика внешне, в оптическом диапазоне, выглядит не особенно примечательно. Она находится в 2,1 млрд световых лет от Земли в созвездии Геркулеса и тоже является эллиптической.

Радиогалактика Геркулес А в созвездии Гкркулеса

Однако это один из самых мощных радиоисточников в космосе. Черная дыра массой более 4 миллиардов солнечных выбрасывает радиоджеты общей длиной в 1,5 миллиона световых лет. В радиооблаках, которые вылетают из центра галактики, наблюдаются очень четкие «слои», а это значит, что Геркулес А примечателен еще и тем, что его струи выходят не постоянно, а как бы пульсируя на весь космос.

– Есть еще и так называемые гигантские галактики-каннибалы, настоящие чудовища, которые будто бы существуют лишь для разрушения.

Галактика-каннибал Андромеда

Одна из них – галактика Андромеда, которая удалена примерно на 2,54 миллиона световых лет от Земли. Содержит примерно 1 триллион звёзд, что в 2,5—5 раз больше Млечного Пути.

Андромеда весьма массивная: её диаметр составляет около 220 тысяч световых лет, что делает ее одной из самых крупных галактик в локальной галактической группе. Она имеет яркое и активное ядро, что вызывает к ней повышенный интерес с точки зрения астрономических наблюдений и исследований.

Галактика Андромеда является ближайшей к нашей галактике. У неё обнаружено много спутников, включая группу галактик, называемую «Спутниками Андромеды». Это мелкие галактики, которые находятся в гравитационной связи с галактикой-хозяйкой.

Возраст Андромеды оценивается в 10 миллиардов лет. Как галактика Андромеды, которая существенно моложе Млечного Пути, смогла разрастись до таких размеров? Секрет в том, что с первых дней своего существования, она «пожирала» близлежащие маленькие галактики. С увеличением размеров возрастал и аппетит Андромеды: она поглотила все относительно близкие галактики и уверенно выдвинулась навстречу Млечному Пути.

Однако современные модели говорят, что «космическое свидание» Андромеды и Млечного Пути, вероятно, будет относительно безобидным: обе галактики лишь немного «царапнут» друг друга, обменяются звездами и разойдутся в разных направлениях.

К сожалению, человечество, в том виде, в котором оно существует сегодня в рамках одной Солнечной системы, не сможет стать свидетелем этого грандиозного события. Все дело в том, что до столкновения Андромеды и Млечного Пути еще около 4,5 миллиарда лет.

К галактикам-каннибалам можно отнести и сверхгигантскую эллиптическую галактику в созвездии Колумба диаметром в 1 миллион световых лет. Она интересна тем, что вокруг нее нет других галактик, и вынуждена существовать в этом районе космоса совершенно одна.

Эллиптическая галактикв ESO 306—17 в созвездии Колумба

Это странно, потому что галактики обычно располагаются «компаниями». Скорее всего, этот «каннибал» просто притянул к себе и поглотил все окружающие галактики, оставшись в одиночестве. Такие объекты как ESO 306—17 еще называют «ископаемыми» галактиками.

Хотя Вселенная в основном представляет собой пустое пространство, и слияния галактик в ней тоже не редкость. Массивные скопления звезд неумолимо притягиваются друг к другу, объединяясь, чтобы сформировать более крупные галактики и галактические кластеры.

Слияние галактик

На данном изображении не какая-то аномалия глубокого космоса, поскольку наш Млечный Путь тоже является космическим монстром Франкенштейна, частично состоящим из других галактик, которые он поглотил за миллиарды лет своей жизни.

Слияние галактик происходит при столкновении двух или нескольких галактик и является одним из вариантов их взаимодействия.

Столкновение двух галактик NGC 4038 (слева) и NGC 4039 (справа).

Это пара взаимодействующих галактик в созвездии Ворона находится на стадии столкновения и активного звездообразования, при котором столкновение облаков газа и пыли в присутствии магнитного поля приводит к увеличению темпа образования звёзд. Данные галактики были открыты Уильямом Гершелем в 1785 году.

Галактики Антенны содержат относительно молодую популяцию массивных шаровых скоплений, сформировавшихся в результате столкновения между двумя галактиками. Название Антенны данные галактики получили потому, что два длинных хвоста из звёзд, газа и пыли, выброшенных из галактик в результате столкновения, напоминают антенны насекомых. Ядра двух галактик соединяются и в будущем образуют гигантскую галактику.