Все меняется - и даже галактики

Недавние исследования астрономов опровергли расхожее представление о галактиках как о неизменных и крайне стабильных структурах. Оказывается, они постоянно меняются, борясь с энтропией, и тем самым сами наводят порядок внутри себя. Это продолжается как минимум последние 8 миллиардов лет. Раньше ученые просто "отбраковывали" изменчивые галактики.

Ближайшую к нам галактику с античных времен люди видят невооруженным, но зорким глазом как слабое туманное пятнышко. Она вошла в каталог Месье под названием М31, в новом галактическом каталоге NGC 224, а самое древнее описание датировано 946 годом — это каталог неподвижных звезд персидского астронома древности Ас-Суфи! Первое телескопическое наблюдение этого объекта совершил немецкий астроном С. Мариус в 1512 году, а продолжил его В. Гершель уже в 1785 году, когда впервые увидел красноватую область в центре светлого пятна. Теперь это называют ядром галактики.

Читайте также: Древнюю галактику увидели молодой

В 1864 году по спектру М31 исследователь У. Хаггинс сделал совершенно правильное заключение, что он не похож на спектры туманностей, а принадлежит множеству звезд, из которых состоит объект М 31. Теперь мы знаем, что их там содержится около триллиона! Первый "фотопортрет" туманности Андромеды получил И. Робертс в 1887 году, он увидел спиральную структуру объекта, но полет его фантазии не был соразмерен величию галактики М31: исследователь предположил, что это формируется подобие Солнечной системы!

Сейчас об этой огромной галактике известно много интересного. Есть сведения о ее ядре, окруженном ярким звездным диском, о черной дыре галактического центра, о спиральных рукавах и шаровых скоплениях звезд, о сверхновой SN 1885А, об усилении рентгеновского свечения в XXI веке, а также о том, что через 3-4 миллиарда лет она столкнется с нашей Галактикой — еще при жизни нашего Солнца.

В наше время наблюдения галактик стали гораздо более совершенны, миссии космического базирования осуществляют исследования широкомасштабными и весьма изощренными методами. Хотя сроки проведения современных наблюдений — это конец XX и начало XXI века, но современные данные сразу обрушили стойкий научный миф о незыблемой структуре галактических образований, устойчивой в течение вселенских миллиардов лет. Осознание гигантских масштабов этих объектов в свое время породило стойкую уверенность в том, что они стабильны и долговременны. Однако сейчас экспериментальные сведения дают иное направление мыслям ученых о сущности галактических преобразований!

Сотрудники Центра космических полетов имени Годдарда, крупнейшей лаборатории НАСА, сформулировали выводы следующим образом. Рассказывает космолог Сьюзен Кэссин: "Астрономы думали, что дисковидные галактики из близких нам районов Вселенной приняли свою нынешнюю форму около 8 миллиардов лет тому назад и затем почти не меняли ее. Тенденция, которую мы наблюдали во время нынешнего исследования, показывает прямо противоположное: галактики постоянно и устойчиво изменялись в течение этого периода". Таким образом, галактики изменчивы и динамика их преобразований практически непрерывна. Вот в этом ощущаем смену парадигмы в представлении о свойствах крупнейших образований во Вселенной, то есть галактиках.

Нужно заметить, что все галактики были типизированы, то есть рассортированы по характерным признакам. Их определяют как эллиптические, спиральные, неправильные, линзовидные (они жедисковидные), и разделяют на подклассы в типах. В дисковидных галактиках выражены явно процессы звездообразования, это характерно и для Млечного пути, и для Андромеды. Они имеют четко выраженное ядро, в котором концентрируется значительная часть массы, а вокруг такового вращается дисковидная структура периферии галактики, в которой видны спиральные "рукава".

По-видимому, в ранней фазе строения Вселенной все было не так: звезды не обращались вокруг центра, как наше Солнце, которое сейчас методично обходит вокруг центра Млечного пути. Светила тогда летели по достаточно произвольным траекториям, а галактический вращательный момент количества движения сформировался с течением времени. Тогда движение звезд приняло одно направление и стало упорядоченным вращательным. Ученые полагают, что произошло это урегулирование значительно позже, чем предполагалось ранее.

Масса галактики играла главную роль в происходящем: чем больше она была, тем быстрее галактика эволюционировала, превращаясь в упорядоченную вращающуюся дисковидную структуру. Наиболее массивные из них уже в раннем возрасте 6-7 миллиардов лет сформировали диск с периферией, регулярно вращающейся вокруг центрального ядра. Со временем скорость вращения периферийных областей галактик нарастала, и тогда происходила гомогенизация краевых компонентов: снижалось количество неупорядоченных структур, а движение в них звезд и газовых облаков упорядочивалось, подчиняясь общей тенденции.

Астрономы нашли объяснение устоявшемуся представлению об упорядоченности структур галактик для периода времени порядка 8 миллиардов лет тому назад. Это относится к галактикам, имеющим красное смещение, равное z = 1. При исследовании морфологии данных объектов выбраковывали и отбрасывали все те галактики, которые не выказывали упорядоченности — их считали нетипичными исключениями. Интересно, что таковых иногда могло быть даже больше, чем объектов, соответствующих правилам. Искусственный подбор "правильных" галактик демонстрировал упорядоченность дисков уже при z = 1 и приводил к ложным выводам о стабильности. А за динамические вариации отвечали галактики-"исключения", которые отбраковывались за нетипичность.

Исключив подобную фильтрацию галактических объектов, ученые исследовали движения звезд в 544 галактиках по проекту Deep Extragalactic Evolutionary Probe 2 (DEEP2) Galaxy Redshift Survey при помощи космического телескопа "Хаббл" и двойного 10-метрового наземного телескопа Обсерватории Кека, находящегося на Гавайских островах. Было выявлено, что не только 8 миллиардов лет тому назад, но даже и 2 миллиарда лет назад галактики продолжали процесс формирования упорядоченных дисков с их вращением вокруг ядер.

Вероятно, что эти результаты применимы в общем случае, и это может означать, что и наша Галактика имела подобную историю формирования. Можно предполагать, что Млечный путь в начальной фазе формирования имел отчасти хаотическое движение первоначального звездного населения, а затем после событий слияния, существенно увеличивших массу нашей Галактики, в ней постепенно сложилась вышеописанная регуляризация движения периферийной части звезд. Возрастание массы Галактики проявилось в создании порядка во вращательном движении периферии вокруг галактического центра.