Слияние андромеды и млечного пути. Столкновение галактик млечный путь и туманность андромеды

Галактики представляются нам совершенно неизменными и стабильными объектами, но на самом деле их жизнь полна движения. Вселенная же подобна гигантскому перекрестку, на котором отключили светофоры. Правда, здесь многочисленные столкновения галактических объектов не разрушают их, а лишь способствуют эволюции галактик.

Изучение галактик началось, как это обычно бывает, с попытки систематизировать их по внешнему виду. Так возникла знаменитая хаббловская классификация, о которой речь пойдет позже. Но когда в 50-х годах прошлого века астрономы стали пристально изучать галактики, расположенные близко друг к другу, выяснилось, что многие из них имеют весьма необычный, или, как говорят, пекулярный, вид. Иногда, даже одиночные, они выглядят настолько «непрезентабельно», что их невозможно пристроить ни в одно место приличной во всех отношениях хаббловской последовательности. Часто они как бы протягивают друг другу руки - тонкие звездные перемычки - или выбрасывают в противоположные стороны длинные закрученные хвосты. Такие галактики стали называть взаимодействующими. Правда, их тогда наблюдалось не более 5% от числа нормальных объектов, и потому редко встречающиеся уродцы долгое время не привлекали особого внимания.

Спиральная галактика Водоворот (M51, NGC 5194/95). Ее ярко выраженная спиральная структура, по-видимому, возникла из-за гравитационного влияния меньшей галактики NGC 5195 (справа), свет которой частично заслоняется пылью на конце спирального рукава M51

Одним из первых всерьез занялся их изучением Б.А. Воронцов-Вельяминов. С его легкой руки одна из самых необычных пар NGC 4676 получила название сначала Играющие Мышки, а потом и просто Мышки. Под таким прозвищем она и фигурирует теперь в серьезных научных статьях. Есть и другие интересные экземпляры пекулярных объектов, больше известные под своими «партийными кличками», чем под паспортными данными каталогов - Антенны (NGC 4038/39), Атом Мира (NGC 7252), Водоворот (M 51 или NGC 5194/95).

Как влияет гравитация на внешний вид галактик, легче всего понять на примере тех объектов, у которых есть хвосты и перемычки. Вспомним, как Луна заставляет «вспучиваться» земной океан с двух противоположных сторон. Из-за вращения планеты эти приливные волны бегут по земной поверхности. Точно так же у дисковой галактики при сближении с другой галактикой возникают приливные горбы, вытянутые как в направлении возмутителя спокойствия, так и в противоположном. Позже эти горбы закручиваются в длинные хвосты из звезд и газа из-за дифференциального вращения: периоды обращения звезд вокруг центра галактики растут с удалением от центра. Подобную картину удалось воспроизвести в компьютерных экспериментах, когда астрономы занялись численным моделированием гравитационного взаимодействия галактик.

Галактики Мышки (NGC 4676). Одна из самых знаменитых пар взаимодействующих галактик.
Приливные силы вызвали у них образование длинных и тонких хвостов

Первые модели были почти игрушечными. В них движение пробных частиц, распределенных на круговых орбитах вокруг массивной точки, возмущалось пролетающей мимо другой массивной точкой. На таких моделях в 1972 году братья Алар и Юри Тумре (Alar & Juri Toomre) всесторонне изучили, как зависит образование приливных структур от параметров столкновения галактик. Например, оказалось, что звездные мосты, соединяющие галактики, хорошо воспроизводятся при взаимодействии объекта с маломассивной галактикой, а хвосты - при столкновении дисковой системы с галактикой сравнимой массы. Другой интересный результат получался при пролете возмущающего тела мимо диска спиральной галактики в одном направлении с его вращением. Относительная скорость движения оказывалась небольшой, спиральной галактики последствиям. Братья Тумре построили модели ряда известных взаимодействующих систем, в том числе Мышек, Антенн и Водоворота, и высказали важнейшую мысль, что итогом столкновения галактик может быть полное слияние их звездных систем - мержинг.

Но игрушечные модели не могли даже проиллюстрировать эту идею, а эксперимент над галактиками не поставишь. Астрономы могут лишь наблюдать разные стадии их эволюции, постепенно восстанавливая из разрозненных звеньев всю цепочку событий, растянутую на сотни миллионов и даже миллиарды лет. Когда-то Гершель очень точно сформулировал эту особенность астрономии: «[Небо] мне представляется теперь чудесным садом, в котором размещено огромное количество самых разнообразных растений, высаженных на различные грядки и находящихся на разных стадиях развития; из такого состояния вещей мы можем извлечь по крайней мере одну пользу: наш опыт растянуть на огромные отрезки времени. Ведь не все ли равно, будем мы последовательно присутствовать при зарождении, цветении, одевании листьями, оплодотворении, увядании и, наконец, окончательной гибели растений или одновременно будем наблюдать много образцов, взятых на разных ступенях развития, через которые растение проходит в течение своей жизни?»

Алар Тумре сделал целую подборку из 11 необычных галактик-мержеров, которые, будучи выстроенными в определенную последовательность, отражали разные стадии взаимодействия - от первого близкого пролета и распускания хвостов до последующего слияния в единый объект с торчащими из него усами, петлями и клубами дыма.

Галактики на разных стадиях слияния из последовательности Тумре

Но настоящий прорыв в исследованиях обеспечил космический телескоп «Хаббл». Одна из реализованных на нем исследовательских программ состояла в длительном - до 10 суток подряд - наблюдении двух небольших участков неба в Северном и Южном полушариях неба. Эти снимки получили название Глубоких полей «Хаббла». На них видно огромное количество далеких галактик. До некоторых из них больше 10 миллиардов световых лет, а значит, они на столько же лет моложе ближайших соседей нашей Галактики. Результат исследований внешнего вида, или, как говорят, морфологии далеких галактик, оказался ошеломляющим. Если бы Хаббл имел под рукой только изображения галактик из Глубоких полей, вряд ли он построил бы свой знаменитый «камертон». Среди галактик с возрастом около половины возраста Вселенной почти 40% объектов не укладываются в стандартную классификацию. Значительно больше оказалась и доля галактик с явными следами гравитационного взаимодействия, а значит, нормальные галактики должны были в молодости пройти через стадию уродцев. В более плотной среде ранней Вселенной столкновения и слияния оказались важнейшим фактором эволюции галактик.

Но для понимания этих процессов было уже недостаточно первых игрушечных моделей взаимодействия галактик. В первую очередь потому, что они не воспроизводили эффекты динамического трения звездных систем, которые в конечном счете приводят к потере энергии орбитального движения и слиянию галактик. Требовалось научиться полноценно рассчитывать поведение систем из миллиардов притягивающих друг друга звезд.

Камертон Хаббла

Эдвин Хаббл (1889–1953) -
первооткрыватель расширения Вселенной,
автор первой классификации галактик

Классификацию галактик по их морфологии Эдвин Хаббл предложил в 1936 году. На левом конце этой последовательности расположены эллиптические галактики - сфероидальные системы разной степени сплюснутости. Далее она тянется к плоским спиральным галактикам, выстроенным в порядке уменьшения степени закрутки их спиральных ветвей и массы их сферической подсистемы - балджа. Отдельно стоят неправильные галактики, вроде двух самых заметных спутников Млечного Пути, видимых на небе Южного полушария, - Большого и Малого Магеллановых Облаков. При переходе к спиральным галактикам хаббловская последовательность раздваивается, давая начало самостоятельной ветви спиральных галактик с перемычками, или барами, - гигантскими звездными образованиями, пересекающими ядро галактики, от концов которых отходят спиральные ветви. Считается даже, что это не просто самостоятельная ветвь классификации, а чуть ли не основная, так как барами обладают от половины до двух третей спиральных галактик. По причине раздвоенности эту классификацию часто называют «камертоном Хаббла».

Моделировалось движение 10 млрд материальных точек на протяжении 13 млрд лет.
На верхнем кадре каждое яркое пятнышко соответствует галактике

По мере накопления наблюдательного материала стало ясно, что внешний вид галактик тесно связан с их внутренними свойствами - массой, светимостью, структурой звездных подсистем, типами населяющих галактику звезд, количеством газа и пыли, скоростью рождения звезд и др. Казалось, отсюда всего полшага до разгадки происхождения галактик различных типов - все дело в начальных условиях. Если первоначальное протогалактическое газовое облако практически не вращалось, то в результате сферически-симметричного сжатия под действием сил тяготения из него образовывалась эллиптическая галактика. В случае вращения сжатие в направлении, перпендикулярном оси, останавливалось благодаря тому, что тяготение уравновешивалось возросшими центробежными силами. Это приводило к формированию плоских систем - спиральных галактик. Считалось, что сформировавшиеся галактики в дальнейшем не испытывают никаких глобальных потрясений, в одиночестве производя на свет звезды и неспешно старея и краснея по цвету за счет их эволюции. В 50–60-х годах прошлого века считалось, что в этом описанном сценарии так называемого монолитного коллапса остается уточнить лишь некоторые детали. Но как только взаимодействие галактик было признано двигателем их эволюции, эта упрощенная картина стала неактуальной.

Два в одном

Проблема предсказания движения большого числа массивных точек, взаимодействующих по закону всемирного тяготения, получила в физике название задачи N тел. Решить ее можно только методом численного моделирования. Задав массы и положения тел в начальный момент, можно по закону тяготения вычислить действующие на них силы. Полагая эти силы неизменными в течение короткого отрезка времени, легко рассчитать новое положение всех тел по формуле равноускоренного движения. А повторяя эту процедуру тысячи и миллионы раз, можно смоделировать эволюцию всей системы.

Секстет Сейферта. Четыре сливающиеся галактики
плюс приливный выброс из одной из них (справа внизу)
и далекая спиральная галактика (в центре)

В галактике вроде нашей более ста миллиардов звезд. Напрямую рассчитать их взаимодействие не под силу даже современным суперкомпьютерам. Приходится прибегать к разного рода упрощениям и ухищрениям. Например, можно представлять галактику не реальным числом звезд, а таким, какое может осилить компьютер. В 1970-х годах брали всего по 200–500 точек на галактику. Но расчет эволюции таких систем приводил к нереалистичным результатам. Поэтому все эти годы шла борьба за увеличение числа тел. Сейчас обычно берут по нескольку миллионов звезд на галактику, хотя в отдельных случаях при моделировании зарождения первых структур во Вселенной используют до десяти миллиардов точек.

Другое упрощение состоит в приближенном расчете взаимного притяжения тел. Так как сила тяготения быстро убывает с расстоянием, притяжение каждой далекой звезды не обязательно вычислять слишком точно. Далекие объекты можно сгруппировать, заменив одной точкой суммарной массы. Эта методика получила название TREE CODE (от англ. tree- дерево, поскольку группы звезд собираются в сложную иерархическую структуру). Сейчас это самый популярный подход, многократно ускоряющий вычисления.

Столкновение галактик NGC 2207 и IC 2163
продолжается уже 40 миллионов лет. В будущем их ждет полное слияние

Но и на этом астрономы не успокоились. Они даже разработали специальный процессор GRAPE, который не умеет делать ничего, кроме расчета взаимного гравитационного притяжения N тел, но зато с этой задачей справляется чрезвычайно быстро!

Численное решение задачи N тел подтвердило идею Тумре о том, что две спиральные галактики при столкновении могут слиться в один объект, весьма похожий на эллиптическую галактику. Интересно, что совсем незадолго до получения этого результата известный астроном Жерар де Вокулер на симпозиуме Международного астрономического союза скептически заявлял: «После столкновения вы получите искореженный автомобиль, а не новый тип автомобиля». Но в мире взаимодействующих галактик два столкнувшихся автомобиля, как это ни странно, превращаются в лимузин.

Последствия слияния галактик оказываются еще более поразительными, если учесть наличие у них газовой составляющей. В отличие от звездной составляющей газ может терять кинетическую энергию: она переходит в тепло, а потом в излучение. При слиянии двух спиральных галактик это приводит к тому, что газ «стекает» к центру продукта слияния - мержера. Часть этого газа очень быстро превращается в молодые звезды, что приводит к феномену ультраярких инфракрасных источников.

Галактика Тележное Колесо (Cartwheel, слева) миллионы лет назад испытала удар,
перпендикулярный плоскости диска. Его след - расширяющееся кольцо активного звездообразования.
Инфракрасные наблюдения выявили подобное кольцо и в знаменитой Туманности Андромеды (M31, внизу)

Интересен также эффект от столкновения маленького «спутника» с большой спиральной галактикой. Последняя в итоге увеличивает толщину своего звездного диска. Статистика наблюдательных данных подтверждает результаты численных экспериментов: спиральные галактики, входящие в состав взаимодействующих систем, в среднем в 1,5–2 раза толще, чем одиночные. Если маленькая галактика умудряется «въехать» буквально в лоб крупной спиральной, перпендикулярно ее плоскости, то в диске возбуждаются расходящиеся кольцеобразные волны плотности, как от камня, брошенного в пруд. Вместе с обрывками спиральных ветвей между гребнями волн галактика становится похожей на тележное колесо. Именно так и называется один из уродцев мира галактик. Лобовые столкновения очень редки, тем более удивительно, что в спокойной галактике Туманность Андромеды обнаружены две такие волны. Об этом в октябре 2006 года сообщила команда астрономов, обрабатывающая наблюдения космического телескопа «Спитцер». Кольца хорошо видны в инфракрасном диапазоне в той области, где излучает пыль, связанная с газовым диском. Компьютерное моделирование показало, что причиной необычной морфологии нашей ближайшей соседки является ее столкновение с галактикой-спутником M32, который около 200 миллионов лет назад пронзил ее насквозь.

Судьба самих спутников галактик более печальна. Приливные силы, в конце концов, буквально размазывают их по орбите. В 1994 году в созвездии Стрельца был обнаружен необычного вида карликовый спутник Млечного Пути. Частично разрушенный приливными силами нашей Галактики, он вытянулся в длинную ленту, состоящую из движущихся групп звезд протяженностью на небе около 70 градусов, или 100 тысяч световых лет! Кстати, карликовая галактика в Стрельце теперь числится ближайшим спутником нашей Галактики, отняв это звание у Магеллановых Облаков. До нее всего около 50 тысяч световых лет. Другая гигантская звездная петля обнаружена в 1998 году вокруг спиральной галактики NGC 5907. Численные эксперименты очень хорошо воспроизводят такие структуры.

Модель столкновения спиральных галактик.
Третий кадр очень напоминает галактики Мышки (Т - время в миллионах лет)

Охота на темную материю

Еще в начале 1970-х годов появились серьезные доводы в пользу того, что галактики помимо звезд и газа содержат так называемые темные гало. Теоретические аргументы следовали из соображений устойчивости звездных дисков спиральных галактик, наблюдательные - из больших, не спадающих к краю скоростей вращения газа на далекой периферии галактических дисков (звезд там уже почти нет, и поэтому скорость вращения определяют по наблюдениям газа). Если бы вся масса галактики содержалась преимущественно в звездах, то орбитальные скорости газовых облаков, расположенных за пределами звездного диска, становились бы с расстоянием все меньше и меньше. Именно это наблюдается у планет в Солнечной системе, где масса в основном сосредоточена в Солнце. В галактиках это зачастую не так, что указывает на наличие какого-то дополнительного, массивного, а главное - протяженного компонента, в чьем гравитационном поле газовые облака приобретают большие скорости.

Численные модели звездных дисков также преподносили сюрпризы. Диски оказались очень «хрупкими» образованиями - они быстро и порой катастрофически изменяли свою структуру, самопроизвольно сворачиваясь из плоской и круглой лепешки в батон, по-научному - бар. Ситуация отчасти прояснилась, когда в математическую модель галактики ввели массивное темное гало, не дающее вклада в ее общую светимость и проявляющее себя лишь через гравитационное воздействие на звездную подсистему. О структуре, массе и других параметрах темных гало мы можем судить лишь по косвенным признакам.

Один из способов получить информацию о строении темных гало - изучение протяженных структур, которые образуются у галактик при их взаимодействии. Например, иногда при близком пролете одна галактика «крадет» у другой часть газа, «наматывая» его на себя в виде протяженного кольца. Если повезет и кольцо окажется перпендикулярным плоскости вращения галактики, то такая структура - полярное кольцо - может довольно долго просуществовать не разрушаясь. Но сам процесс формирования подобных деталей сильно зависит от распределения массы на больших расстояниях от центра галактики, где звезд уже почти нет. Например, существование протяженных полярных колец удается объяснить, только если масса темных гало будет примерно вдвое превышать массу светящегося вещества галактики.

Приливные хвосты также служат надежными индикаторами присутствия темной материи в периферийных областях галактик. Их можно назвать термометрами «наоборот»: чем больше масса темного вещества, тем короче «ртутный столбик», в роли которого выступает приливной хвост.

Результаты проекта Millenium Simulation.
Моделировалось движение 10 млрд материальных точек
на протяжении 13 млрд лет. На верхнем кадре каждое
яркое пятнышко соответствует галактике

Два замечательных открытия внегалактической астрономии - существование темной материи и мержинг галактик - сразу взяли на вооружение космологи, тем более что ряд космологических наблюдательных тестов тоже указывал: темного вещества в природе примерно на порядок больше, чем обычного. Пожалуй, первое свидетельство существования скрытой массы было получено еще в 1933 году, когда Ф. Цвикки заметил, что галактики в скоплении Волос Вероники двигаются быстрее, чем ожидалось, а значит, должна быть какая-то невидимая масса, удерживающая их от разлета. Природа темной материи остается неизвестной, поэтому обычно говорят о некоем абстрактном холодном темном веществе (cold dark matter, CDM), которое с обычным веществом взаимодействует только гравитационно. Но именно оно благодаря своей большой массе служит тем активным фоном, на котором разыгрываются все сценарии зарождения и роста структур во Вселенной. Обычное же вещество лишь пассивно следует предлагаемому сценарию.

Эти представления легли в основу так называемого сценария иерархического скучивания. По нему первичные возмущения плотности темной материи возникают за счет гравитационной неустойчивости еще в молодой Вселенной, а затем умножаются, сливаясь друг с другом. В итоге образуется множество гравитационно-связанных темных гало, различающихся по массе и угловому (вращательному) моменту. Газ скатывается в гравитационные ямы темных гало (этот процесс называется аккрецией), что и приводит к появлению галактик. История слияний и аккреции каждого сгустка темной материи во многом определяет тип галактики, которая в нем зарождается.

Привлекательность сценария иерархического скучивания в том, что он очень неплохо описывает крупномасштабное распределение галактик. Самый впечатляющий численный эксперимент, проведенный в рамках этого сценария, носит название Millenium Simulation. О его результатах астрономы доложили в 2005 году. В эксперименте решалась задача N тел для 10 миллиардов (!) частиц в кубике с ребром 1,5 миллиарда парсек. В итоге удалось проследить эволюцию перепадов плотности темной материи от момента, когда Вселенной было всего 120 миллионов лет, до наших дней. За это время почти половина темной материи успела собраться в темные гало различных размеров, которых насчитывалось около 18 миллионов штук. И хотя полного и безоговорочного согласия с результатами наблюдений крупномасштабной структуры получить не удалось, все еще впереди.

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.

В бескрайнем космическом пространстве различные по массе и объему небесные тела периодически сталкиваются друг с другом: астероиды и метеоры падают на планеты и спутники, одни звезды поглощаются другими...

Но, оказывается, входят во взаимный контакт и галактики — гигантские небесные структуры, состоящие из многих десятков миллиардов звезд. Столкновение таких громадных космических объектов происходит, естественно, с высвобождением энергии и перемещения масс в количествах, не поддающихся даже самому богатому воображению.

Конечно же, столкновение галактик вовсе не подразумевает, что происходят массовые соударения отдельных звезд. И в принципе, ничего странного в этом нет, так как звезды находятся на громадном удалении друг от друга: по крайней мере эти расстояния в сотни миллионов раз превышают собственные диаметры светил.

А вот галактики, в отличие от звезд, размещены относительно недалеко друг от друга: промежутки между этими звездными скоплениями превосходят их размеры всего лишь в десятки и сотни раз.

Соответственно и столкновения галактик происходят значительно чаще, чем звезд. А поскольку у галактик может быть разная форма — спиральная, эллиптическая и неправильная, то их столкновения друг с другом происходят тоже по-разному. Они могут или пролетать на близком расстоянии одна от другой, или цепляться друг за друга, или даже 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.

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.

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.

Так, когда галактики сближаются со скоростью 200 километров в секунду, они обычно сливаются, словно две капли жидкости. Когда же скорость столкновения достигает 600 километров в секунду, то звездные острова проходят сквозь друг друга, как два призрака. А 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, эта облака формируют новые звезды. А поскольку процесс появления молодых небесных тел идет очень быстро, то и светимость галактик за немногие миллионы лет многократно увеличивается.

Таким образом, можно уверенно говорить, что космические столкновения не уничтожают обитателей неба, а, наоборот, способствуют появлению молодых звезд и галактик. То есть по сути, омолаживают космос.

С помощью современных средств наблюдения в «Антенных» галактиках ученые даже смогли увидеть детали появления звездных скоплений. «Число шаровидных звездных скоплений, увиденных нами, было поразительным, — резюмировал полученные результаты американский астроном Брад Уитморе. — До сих пор мы думали, что шаровые скопления как в нашей, так и в других галактиках, состоят из старых звезд. Оказывается, не всегда так. Понимание такого факта должно изменить нашу точку зрения на поздние фазы развития звезд, а также повлиять на определение времени различных небесных событий».

Основываясь на полученных данных, ученые могут делать важный для астрономии вывод, что столкновения галактик — один из значимых факторов в жизни космоса. При этом в прошлом взаимодействующих галактик было гораздо больше, чем в настоящее время. И связано это, вероятнее всего, с тем, что раньше сама Вселенная была гораздо меньше, а значит, звезды находились на более близких расстояниях одна от другой. Следовательно, они и ударялись или соприкасались намного чаще.

Кстати, изучая результаты взаимодействия звездных систем, ученые установили, что удаленные от нас на миллиарды световых лет галактические скопления составлены преимущественно из спиральных галактик, которые, вероятно, являются самыми древними во Вселенной. А вот скопления, расположенные на меньшем от нас удалении, представлены в основном эллиптическими галактиками. Причем некоторые из них являются космическими гигантами. А стали они таковыми скорее всего потому, что в ходе своего развития за миллиарды лет «проглотили» дюжины других галактик.

Но не только о прошлом могут рассказать следы, оставленные на «теле» галактик во время былых соударений. Так, «Антенные» галактики могут помочь заглянуть в далекое будущее: например, «показать», что может случиться в отдаленной перспективе с Млечным Путем. Сейчас навстречу друг другу несутся два громадных звездных острова: наша звездная система и туманность Андромеды. В настоящее время их разделяет, казалось бы, невероятно большое расстояние в 2,9 миллиона световых лет. Но и скорость их сближения тоже огромна — 300 километров в секунду.

В конце концов через три миллиарда лет эти две системы, вероятнее всего, окажутся рядом друг с другом. А вот о том, что произойдет в результате этого сближения, можно только гадать. Возможно, последует сильнейшее столкновение, а возможно, галактики пролетят рядом друг с другом.

Но даже если галактики не столкнутся, а всего лишь разминутся на близком расстоянии, взаимное притяжение заставит их изменить свои траектории. Есть также вероятность, что затем они сольются и дадут жизнь новой эллиптической системе.

А произойдет это тогда, когда наше Солнце превратится в умирающую звезду. Но в это время на небосводе над мертвой Землей будут уже гореть яркие огни светил во вновь рожденных звездных шаровых скоплениях.

Столкновение галактик - событие поистине грандиозных масштабов. Ничто во всей Вселенной не может сравниться с этим явлением по величине, кроме разве что Большого Взрыва.

Предполагаемое столкновение двух "близлежащих" галактик - Млечного Пути и туманности Андромеды (M31) - произойдет приблизительно через 5 - 5,5 миллиардов лет. Столкновение галактик носит не совсем обычный характер. В отличии от столкновений, астероидов например, в которых происходит непосредственный контакт и разрушение самих объектов, при столкновении пыле-звездных скоплений, крайне маловероятно, что объекты вроде звёзд и планет, содержащихся в каждой галактике, действительно столкнутся друг с другом из-за малой концентрации вещества и высокой отдаленности отдельных объектов. Так например, Проксима Центавра из созвездия Лиры - ближайшая после Солнца звезда, удалена от нас на 4,22 световых года, это расстояние в 270 000 раз больше чем дистанция между Землей и Солнцем. Для сравнения, если представить Солнце мячиком для гольфа, то Проксима будет находиться на расстоянии в 700 км.

То что галактики сливались ранее уже давно не новость, доказательств этого уже было найдено предостаточно. А вот столкнется ли наша галактика с туманностью Андромеды до сих пор точно не ясно: во-первых, пока еще собрано слишком мало данных относительно характеристик обеих галактик, в частности главная загвоздка - это измерение поперечной скорости вращения Андромеды; во-вторых, мощности даже самых передовых суперкомпьютеров все еще недостаточно для моделирования таких масштабных процессов и тем более учета всех возможных и не возможных условий и факторов. Как отмечают ученые, небольшое смещение с мертвой точки произойдет уже в конце этого года благодаря запуску нового космического телескопа Gaia, который должен будет измерить поперечную скорость соседской галактики путем определения точной светимости звезд Андромеды.

фотографии сливающихся галактик, сделанные телескопом Хаббл

Даже если столкновение не произойдет приблизительно через 3 миллиарда лет вышеупомянутые галактики сблизятся настолько, что с Земли невооруженным глазом будет отчетливо видна туманность Андромеды и самые яркие ее звезды, по размерам и яркости она приблизиться к Луне.

приблизительно так будет выглядеть Андромеда на ночном небе через 3 млрд лет

Такие столкновения довольно распространенное явление - под действием силы гравитации галактики время от времени притягиваются друг к другу и сливаются. Та же Андромеда, например, в прошлом поглотила как минимум одну карликовую галактику наподобии Млечного Пути. Не исключается также, и тот факт, что Солнечная система может быть выброшена на самый край новой галактики или вообще за ее пределы. Однако, как бы странно это не звучало, подобное событие не принесет каких-либо негативных воздействий для нашей планетарной системы.

Данные видеоролики - результат моделирования столкновения на самых мощных суперкомпьютерах мира. Первые два были созданы Фрэнком Саммерсом из Научного института космологических исследований на основе работ профессоров Криса Мигоса и Ларса Хернквиста. Доверять компьютерной визуализации на 100 процентов не стоит, т. к. уже отмечалось выше вычислительная мощность ЭВМ пока недостаточна.

Сформированную галактику предлагают назвать Млекомедой.

К нашему Млечному Пути со скоростью 120 км/с. Уже составлены проекты столкновения галактик.

Млечный Путь - наш дом

Галактика Млечный Путь является нашей родиной. Она огромна, красива: ее можно увидеть невооруженным глазом на ясном ночном небе. Она представлена в виде белой полосы, разливающейся по всему небу.

По последним данным, диаметр нашей галактики составляет около 130 000 световых лет. В ней содержится около трехсот миллиардов планет, звезд и других небесных тел. Наша Солнечная система располагается на расстоянии 28 тысяч световых лет от центра галактики, на спиралевидной концентрации газа и пыли - рукаве Ориона.

У нашей галактики есть супники - мелкие галактики, вращающиеся вокруг гиганта по собственной орбите, независимо от других частей Млечного Пути. По данным наблюдений, через миллиарды лет Млечный Путь поглотит мелкие галактики Большое и Малое Магелланово Облако, а еще через некоторое время ее саму поглотит Андромеда.

Андромеда и Млечный Путь

Ученые подтвердили, что будет столкновение галактик Андромеда и Млечный Путь. Это две крупнейший системы, которые располагаются друг от друга на расстоянии около 2,5 миллиона световых лет. Галактика Андромеда находится в одноименном созвездии. Ее можно считать большим братом Млечного Пути.

Андромеда содержит триллион звезд (в Млечном Пути их около трехсот миллиардов), диаметр галактики - около 200 000 световых лет, а у нас - вполовину меньше.

Некоторые ученые утверждают, что наша галактика и Андромеда очень похожи. И Млечный Путь, и Андромеда способны объединять другие галактики меньших размеров, но с расширением Вселенной галактики расходятся друг от друга. Но эти два гиганта движутся навстречу друг другу. Скорость движения составляет, по разным подсчетам, от 120 до 200 километров в секунду. В результате этого ученые сделали вывод, что произойдет столкновение галактик. Это событие произойдет через пару миллиардов лет.

Ученые о столкновении

Столкновение галактик показывается в ролике от телестудии Роскосмоса. По мнению ученых, космические гиганты должны слиться в единое целое. Если к моменту столкновения галактик Землю будут населять люди, они смогут ощутить и увидеть это событие. Со слов ученых, Солнечную систему может выбросить из нашего рукава Млечного Пути дальше. Планета будет пролетать через кашу из звезд, комет, пыли.

Что произойдет при столкновении

Если вдруг произойдет столкновение галактик Млечный Путь и Андромеда, то это повлечет неминуемую гибель множества космических тел: ряд звезд будут полностью уничтожены, какие-то выбросит из галактик, некоторые поглотят черные дыры.

Спиральная структура объектов будут полностью нарушена, и на их месте возникнет новая, гигантская эллиптическая галактика. Этот процесс является нормой для эволюции галактик. О том, что объекта приближаются друг к другу, ученым известно не один год. Но только сейчас они сделали моделирование столкновения двух галактик.

Эволюция космоса

Во Вселенной есть галактики, находящиеся на орбитах с общим центром масс. В таких системах имеется центральная гигантская галактика и несколько спутниковых объектов. Во время эволюции, если движение более мелких галактик не совпадает по орбитам, то все они начинают вращаться вокруг этого центра. Если же орбита у галактик одинакова, то они будут объединены в одну крупную систему, в то время как более мелкий объект будет разорван. Подобные столкновения астрономы часто наблюдают. Считается, что Андромеда тоже сталкивалась с более мелкой галактикой в далеком прошлом. Наша система также поглощала мелкие галактики.

Столкновение

Крупнейшее столкновение галактик произойдет не скоро. Да и столкновением это событие называть не совсем корректно. Этому событию больше подходит термин «объединение». Поскольку в галактиках располагаются разряженные межзвездные среды, планеты и звезды вряд ли столкнутся друг с другом. Два гиганта объединятся, наложившись друг на друга.

Изменение скорости полета

Как уже упоминалось, ученым давно известно о приближении двух гигантских галактик. До некоторого времени астрономы не могли с точностью сказать, будет ли мощнейшее столкновение галактик или же они разойдутся, пока не создали математическую модель.

На данном этапе есть вариант радиального изменения скорости Андромеды относительно Млечного Пути путем измерения ее с помощью допплеровского смещения спектральных линий от звезд галактики, а вот измерить поперечную скорость не удастся. Пока что астрономам удалось определить приблизительную скорость движения галактик. По некоторым предположениям, гало точно столкнется, а вот сами диски могут не соприкасаться друг с другом. Однако другие ученые мира думают совершенно иначе.

Когда столкнутся

Во время сближения галактик у них будут кружиться ядра вокруг друг друга. Во время этого события звездные диски рассеются по сторонам от ядер. Моделирование сближения показало, что это событие произойдет примерно через два миллиарда световых лет.

Во время взрыва наша Солнечная система будет выкинута за пределы новой галактики примерно на тридцать тысяч световых лет. Есть вероятность, что она удалится от середины галактик на более дальнее расстояние, но этот шанс крайне низок - около 0,1 %.

Во время моделирования астрономами представилась возможность определить вероятность столкновения нашей галактики с другими системами. В результате наблюдений оказалось, что Млечный Путь может столкнуться с М33 (вероятность - 9 %).

Будет ли столкновение?

Андромеда содержит около миллиарда различных небесных тел: планет и звезд, а Млечный Путь - всего несколько сот миллиардов. По предположениям астрономов, столкновения Земли и Солнца с другими планетами и звездами - маловероятное событие. Скорее всего, все небесные тела будут выкинуты взрывной волной при слиянии черных дыр галактик.

После этого события на небе Земли будут сверкать другие созвездия, а может, даже к ней присоединится еще один спутник.

При слиянии галактик обычно не происходит столкновение звезд из-за слишком большого расстояния между ними. Однако между ними есть газ, который может нагреться и вызвать рождение новых звезд. Пыль и газ могут поглощаться существующими звездами, из-за чего их вес и размер будут изменены: возникнут сверхновые небесные тела.

Пока два гигантских объекта достигнут друг друга, газа в их рукавах будет мало: во время движения все газообразные массы будут превращаться в звезды или оседать на старых телах. Поэтому никакого гигантского взрыва не произойдет, но и гладким оно не будет.

Модель слияния

Впервые приближение Андромеды к Млечному Пути было замечено в 1920 году Эдвином Хабблом. Он оценил исходящий спектрографический свет от Андромеды и сделал сенсационное открытие: галактика движется к нам.

В 2012 году ученые сделали примерные подсчеты скорости приближения. Полученные данные позволили провести вычисления даты столкновения титанов.

Не так давно ученые создали модель будущего столкновения. Томас Кокс и Абрахам Леб построили математическую модель, которая позволила определить процесс столкновения и увидеть судьбу нашей родной Солнечной системы, Земли.

Млечный Путь и Туманность Андромеды – самые крупные из 40 с небольшим галактик, образующих нашу локальную группу.
Локальная группа галактик объединяется силами гравитации, и поэтому их ожидает не разлет, а постепенное слияние.

Слияние галактик Млечного пути и Андромеды (образно)

Как установили астрономы, 4,7 миллиарда лет назад, когда только образовалось наше Солнце, Андромеду и Млечный путь разделяла дистанция в 4,2 млн. световых лет, а к настоящему времени она уменьшилась до 2,5-2,6 млн. световых лет, причем скорость сближения постоянно возрастает.

Ещё в 1912 году американский астроном Весто Слайфер, на основе анализа доплеровского смещения спектральных линий звезд, установил, что Андромеда двигается по направлению к Солнцу со скоростью около 300 км/с.

К середине XX века выяснилось, что большая скорость сближения Андромеды с Солнечной системой в основном связана с орбитальным движением самой Солнечной системы вокруг центра Галактики со скоростью примерно 225 км/с, направленной приблизительно в сторону Андромеды.

По уточненным оценкам, скорость сближения собственно галактик – Млечного Пути и Андромеды составляет 110-120 км/с. Причем, проведенные в период 2002-2010 гг. с помощью космического телескопа «Хаббл» измерения, показали, что Андромеда приближается к нам почти по прямой и «столкновение» галактик почти неизбежно.

Говоря «столкновение», надо понимать, что физическое столкновение объектов вроде звезд из-за малой концентрации вещества в галактиках и крайней удалённости объектов друг от друга маловероятно.

К примеру, ближайшая к Солнцу звезда, Проксима Центавра, находится на расстоянии примерно в 4,22 светового года от Земли, что в 270 000 раз больше расстояния от Земли до Солнца. Для сравнения: если бы Солнце было размером с монету диаметром в 2,5 сантиметра, то ближайшая монета/звезда находилась бы на расстоянии 718 километров.

Учеными прогнозируется, что через 4 млрд лет вначале пересекутся гало галактик, что усилит их взаимное гравитационное притяжение, и спустя еще 2-3 млрд лет эти две звездные системы окончательно сольются в единый конгломерат, которому уже придумали название «Млекомеда» (Milkomeda), составленное из бытового названия нашей Галактики – Млечный Путь (Milky Way) и «Андромеда».

Исходя из расчетов, звёзды и газ галактики Андромеда станут видны невооружённым глазом с Земли примерно через три миллиарда лет.
"Сегодня галактика Андромеды с Земли выглядит как маленький нечеткий объект. Астрономы впервые рассмотрели его более тысячи лет назад", – говорит Роланд ван дер Марель из Научного института космического телескопа в Балтиморе. "Мало что занимает людей больше, чем вопросы, связанные с космосом. И мы можем предсказать, что этот маленький нечеткий объект в один прекрасный день может поглотить наше Солнце и всю Солнечную систему", – добавляет астроном.

В результате слияния галактик будет образовано гигантское скопление звезд, хаотически роящихся вокруг общего центра. В центре же возникнет система из двух сверхмассивных черных дыр, в которые превратятся бывшие центры двух галактик. Они станут все более активно поглощать материю, которая, разгоняясь вблизи черных дыр, станет испускать мощные гамма-лучи. Кроме того, рядом с черными дырами сформируются мощные джеты – релятивистские струи материи, выбрасываемой с их полюсов. В местах столкновения джетов и газопылевых облаков возникнут яркие скопления молодых массивных звезд.

Какая же участь ожидает Солнечную систему при слиянии галактик?

По оценкам ученых, вероятность того, что в процессе этого слияния наше Солнце будет выброшено в межзвездное пространство, составляет 12 процентов. Но не исключено и то, что Солнечная система будет полностью захвачена Туманностью Андромеды – вероятность этого равна трем процентам.

Однако наиболее вероятен следующий сценарий: Солнечная система будет выброшена на периферию новой галактики, в область окружающего ее диффузного газового облака – гало. При этом она будет находиться на достаточно безопасном расстоянии – не менее 100 тысяч световых лет – от галактического центра.

Следует однако иметь в виду, что ко времени завершения слияния галактик

гораздо большее значение для жизни на Земле, чем все упомянутые выше сценарии, будет иметь эволюция нашего Солнца и последующее превращение его в красный гигант через 5-6 миллиардов лет.

Ученые, основываясь на наблюдениях, предполагают, что небольшой спутник Андромеды – Галактика Треугольника (М33) – также будет вовлечена в процесс слияния. Через 3-4 млрд лет после слияния Андромеды и Млечного Пути галактика М33 столкнётся с новообразованием ("Млекомедой") и, вероятно, сольётся с ним по тому же сценарию.

Будет ли так всё происходить или не совсем так, а может и вообще не так, достоверно об этом сегодня трудно судить, пытаясь заглядывать на миллиарды лет в будущее… . Ибо.