Na saite Astrometriya Astronomicheskie instrumenty Astronomicheskoe obrazovanie Astrofizika Istoriya astronomii Kosmonavtika, issledovanie kosmosa Lyubitel'skaya astronomiya Planety i Solnechnaya sistema Solnce

Vzaimodeistvuyushie galaktiki
26.03.2001 19:37 | V. P. Reshetnikov/SPbGU, Sankt-Peterburg

Vzaimodeistvuyushie galaktiki

V.P.Reshetnikov

...Eti pyatnyshki, imeyushie chasto vid zavitushek i nazyvaemye potomu spiral'nymi tumannostyami, ne chto inoe, kak otdalennye mlechnye puti, podobnye nashemu. K.E.Ciolkovskii

Galaktiki - eto osnovnye strukturnye "kirpichiki" Vselennoi, kotorye soderzhat pochti vse ee veshestvo, izluchayushee v vidimoi oblasti spektra. Imenno v galaktikah rozhdayutsya, zhivut i umirayut zvezdy; vokrug nih v svoyu ochered' formiruyutsya planetnye sistemy. V odnoi iz takih planetnyh sistem, raspolozhennoi okolo tipichnoi zvezdy na periferii obychnoi galaktiki, nahoditsya i nasha Zemlya.

Vneshnii vid i svoistva galaktik ochen' raznoobrazny. Ih massy var'iruyutsya ot ~10⁷M_o do ~10¹³M_o (massa Solnca M_o =2h10³³ g), razmery - ot neskol'kih soten parsek do soten kiloparsek (1 pk = 3h10¹⁶ m). Galaktiki po vneshnemu vidu prinyato delit' na tri gruppy: ellipticheskie E (sglazhennye besstrukturnye sistemy ellipsoidal'noi formy), spiral'nye S (s razvitymi spiral'nymi vetvyami) i irregulyarnye Irr (haoticheskoi, nepravil'noi formy). Harakternye primery galaktik treh tipov privedeny na ris.1.

Ris.1. Primery galaktik raznyh morfologicheskih tipov: ellipticheskaya, spiral'naya i nepravil'naya (sleva napravo).

Galaktiki - ochen' slozhnye sistemy. Pomimo zvezd, oni soderzhat znachitel'noe kolichestvo gaza (kak atomarnogo, tak i molekulyarnogo) i pyli; ih prostranstvo pronizano kosmicheskimi luchami i magnitnymi polyami. Issledovaniya poslednih desyatiletii pokazali, chto galaktiki gorazdo massivnee, chem predpolagalos' ranee. Detal'noe izuchenie vrasheniya i ustoichivosti ih razlichnyh podsistem privelo k vyvodu, chto tam soderzhitsya veshestvo v eshe nenablyudaemoi forme. Tak vozniklo predstavlenie o massivnyh nevidimyh (temnyh) galo, okruzhayushih galaktiki. Temnye galo po svoim razmeram gorazdo bolee protyazhenny, chem pogruzhennye v nih galaktiki, i mogut soderzhat' osnovnuyu chast' ih massy. Priroda etoi skrytoi massy eshe ne ustanovlena.

Galaktiki kak otdel'nye, izolirovannye ot drugih, zvezdnye sistemy byli otkryty v dvadcatyh godah nashego veka E.Habblom. S teh por schitalos', chto eto svoego roda "ostrovnye vselennye", formiruyushiesya i evolyucioniruyushie prakticheski v polnoi izolyacii, bez vsyakogo kontakta drug s drugom. Nablyudaemoe zhe mnogoobrazie form i svoistv galaktik otnosili za schet raznyh nachal'nyh uslovii na stadii ih formirovaniya.

Chasto ispol'zuemoe v populyarnoi literature sravnenie s ostrovami dovol'no udachno. Okeanskie ostrova - gigantskie podvodnye gory, u kotoryh nad poverhnost'yu vody vozvyshaetsya lish' verhnyaya otnositel'no nebol'shaya chast'. Tak i u galaktik neposredstvennym nablyudeniyam dostupna lish' chast' veshestva, vozmozhno, men'shaya.

Galaktiki vzaimodeistvuyut!

Vidimoe raspredelenie galaktik ochen' neodnorodno. Oni, kak i lyudi, ne lyubyat odinochestva i predpochitayut ob'edinyat'sya v pary, gruppy i skopleniya s sebe podobnymi. Eshe v konce XVIII v. V.Gershel' obnaruzhil, chto mnogie tumannosti, kotorye on sovershenno pravil'no schital podobnymi Mlechnomu Puti zvezdnymi ostrovami, vhodyat v sostav dvoinyh i kratnyh sistem. Nekotorye tumannosti okazalis' dazhe svyazannymi slabosvetyashimisya peremychkami. V pervoi polovine nashego veka E.Habbl i V.Baade derzhali pari na 20 dollarov, kto pervyi dokazhet, chto naidennaya im galaktika - odinochnaya. Pari nikto ne vyigral, tak kak vsegda po sosedstvu okazyvalas' drugaya, kotoraya mogla byt' fizicheski svyazannym sputnikom.

Vzaimodeistvuyushie galaktiki nachali sistematicheski nablyudat' v 50-e gody E.Hol'mberg, B.A.Voroncov-Vel'yaminov, F.Cvikki i H.Arp. Odnako vplot' do 70-h godov, kogda razvitie teorii i komp'yuternoi tehniki pozvolilo sozdat' realisticheskie modeli gravitacionnogo vzaimodeistviya galaktik, eti ob'ekty ne privlekali shirokogo vnimaniya.

Interesno otmetit', chto pervaya uspeshnaya popytka modelirovaniya tesnogo sblizheniya galaktik byla osushestvlena eshe v 1941 g. Shvedskii astronom E.Hol'mberg, vospol'zovavshis' tem, chto osveshennost' ot istochnika umen'shaetsya, kak i gravitacionnaya sila, obratno proporcional'no kvadratu rasstoyaniya do nablyudatelya, rassmotrel otnositel'noe dvizhenie dvuh galaktik, kazhdaya iz kotoryh byla predstavlena naborom podvizhnyh lampochek. Izmeryaya v raznyh tochkah model'noi galaktiki osveshennost' s pomosh'yu fotoelementa, Hol'mberg peremeshal lampochki v sootvetstvii s neodnorodnostyami takogo "gravitacionnogo" polya. S pomosh'yu stol' nestandartnogo podhoda on predvoshitil nekotorye rezul'taty, poluchennye gorazdo pozdnee s pomosh'yu komp'yuternogo modelirovaniya.

V 1972 g. poyavilas' rabota brat'ev Tumre, v kotoroi bylo naglyadno pokazano, chto morfologicheskie osobennosti galaktik estestvennym obrazom mogut byt' ob'yasneny gravitacionnym vzaimodeistviem mezhdu nimi. Eta rabota posluzhila osnovoi dlya novogo podhoda k probleme formirovaniya struktury sovremennyh galaktik. Soglasno etomu podhodu, ne nachal'nye usloviya, a posleduyushaya evolyuciya galaktiki, v hode kotoroi ona aktivno vzaimodeistvuet so svoim okruzheniem (drugimi galaktikami, karlikovymi sputnikami, mezhgalakticheskoi sredoi), opredelyaet ee harakteristiki. Odin iz brat'ev - A.Tumre - dazhe vyskazal predpolozhenie, chto vse ellipticheskie galaktiki voznikli pri sliyanii spiral'nyh (eto predpolozhenie poluchilo nazvanie "gipoteza sliyanii"). Seichas schitaetsya, chto i nachal'nye usloviya, i posleduyushaya evolyuciya vliyayut na svoistva galaktik, odnako sootnoshenie mezhdu etimi faktorami ostaetsya poka neizvestnym.

V blizkoi k nam oblasti Vselennoi vzaimodeistvuyushie galaktiki dovol'no redki. Esli osnovyvat'sya na vidimyh priznakah vzaimodeistviya, govoryashih o sil'nom vneshnem gravitacionnom vozmushenii (zametnoi asimmetrii struktury, nalichii protyazhennyh lineinyh obrazovanii - "hvostov" i peremychek, - obolochek i t.p.), to k takim ob'ektam mozhno otnesti lish' kazhduyu desyatuyu ili dvadcatuyu galaktiku (ris. 2, 3). V bolee rannie epohi, odnako, processy vzaimodeistviya mezhdu nimi mogli byt' gorazdo bolee intensivnymi.

	Ris.2. Primery vzaimodeistvuyushih i slivayushihsya galaktik.
Ris.3. Konturnye karty dvuh dvoinyh vzaimodeistvuyushih sistem, kotorye postroeny po ih izobrazheniyam, poluchennym na 1.2-metrovom teleskope Observatorii Verhnego Provansa. Diski vidimyh pochti s rebra spiral'nyh galaktik demonstriruyut krupnomasshtabnye izgiby svoih ploskostei.

Pochemu eto interesno

Astronomiya - nauka, osnovannaya na nablyudeniyah. Astronomy lisheny vozmozhnosti stavit' eksperimenty, kak, k primeru, fiziki, stalkivayushie v uskoritelyah potoki zaryazhennyh chastic, ili biologi, vmeshivayushiesya v strukturu genov. Odnako issledovanie vzaimodeistvuyushih galaktik daet udivitel'nuyu vozmozhnost' detal'no izuchit' rezul'taty eksperimentov po stolknoveniyu gigantskih zvezdnyh sistem, kotorye stavit sama priroda. Zdes' my imeem delo s odnimi iz samyh grandioznyh processov vo Vselennoi, i imenno oni, kak schitaetsya, mogut privodit' k rozhdeniyu ob'ektov i yavlenii sovershenno novogo tipa (kvazarov, radiogalaktik, sverhmoshnyh istochnikov infrakrasnogo izlucheniya, gamma-vspleskov i t.d.). Krome togo, pri gravitacionnom vozmushenii razlichnye podsistemy galaktik (temnoe galo, gazovyi i zvezdnyi diski i t.d.) nachinayut igrat' aktivnuyu rol' (naprimer, pogloshat' energiyu) i, sledovatel'no, dayut o sebe novuyu informaciyu.

Izmenenie predstavlenii ob evolyucii galaktik, proizoshedshee v poslednie gody, delaet zadachu issledovaniya vzaimodeistvuyushih galaktik odnoi iz naibolee interesnyh v sovremennoi astronomii. Naprimer, v sostavlennom neskol'ko let nazad A.Sendidzhem spiske 23 naibolee aktual'nyh na posleduyushie 30 let problem astronomii pod pervym nomerom stoit vopros o tom, opredelyaetsya li struktura normal'nyh (t.e. imeyushih vpolne simmetrichnyi, neiskazhennyi vid) galaktik ih evolyuciei ili zhe - nachal'nymi usloviyami pri ih formirovanii. Vopros o roli sliyanii mezhdu galaktikami A.Sendidzh vydelil v otdel'nuyu (sed'muyu) problemu v svoem spiske.

Nashi raboty stavyat cel'yu vyyasnit', kak vneshnee gravitacionnoe vozmushenie i perenos massy vliyayut na global'nuyu strukturu galaktik. Etot vopros izuchen otnositel'no slabo, chto, vozmozhno, svyazano s bol'shim raznoobraziem form vzaimodeistvuyushih galaktik i, sledovatel'no, s trudnostyami v poiske zakonomernostei. Drugoi vazhnyi vopros: deistvitel'no li vzaimodeistviya byli gorazdo bolee chastymi v proshlom, kak eto predskazyvaetsya sovremennymi teoriyami formirovaniya galaktik?

Chto mozhno uvidet' vooruzhennym glazom

Pri pervom vzglyade na snimki vzaimodeistvuyushih galaktik (ris. 2, 3) porazhaet mnogoobrazie i prichudlivost' form. Eti ob'ekty malo napominayut normal'nye, otnositel'no izolirovannye galaktiki, pokazannye na ris.1. Chtoby sravnit' ih strukturu so stroeniem normal'nyh, simmetrichnyh galaktik, nuzhno usrednit' nablyudaemoe raspredelenie ih poverhnostnoi yarkosti. Vypolniv takoe usrednenie (dlya etogo sushestvuyut raznye sposoby), mozhno postroit' sglazhennoe raspredelenie yarkosti dazhe dlya ob'ektov s vyrazhennymi osobennostyami.

Nablyudaemoe raspredelenie poverhnostnoi yarkosti u normal'nyh galaktik mozhno opisat' v pervom priblizhenii dvumya empiricheskimi zakonami. Ellipticheskie galaktiki horosho predstavlyayutsya tak nazyvaemym zakonom Vokulera lgI(r) ~ -r^1/4, gde r - rasstoyanie ot centra galaktiki, a diski spiral'nyh galaktik - prostym eksponencial'nym zakonom lgI(r) ~ -r. Spiral'nye galaktiki, kak pravilo, - dvuhkomponentnye sistemy: v ih strukture vydelyayut central'nuyu kondensaciyu (baldzh), opisyvaemuyu zakonom Vokulera, i eksponencial'nyi disk. Baldzhi i diski galaktik imeyut mnogo sushestvennyh razlichii i, kak schitaetsya, mogut imet' raznoe proishozhdenie.

Dlya analiza struktury vzaimodeistvuyushih galaktik my poluchili izobrazheniya 24 tesnyh vzaimodeistvuyushih sistem, sostoyashih iz neskol'kih yavno razdelennyh, t.e. eshe ne slivshihsya, galaktik (Evstigneeva E.A., Reshetnikov V.P. // Pis'ma v Astron. zhurn. 1999. T.25. N9. S.673-683) (primery takih sistem pokazany na ris.3). Nablyudeniya byli provedeny na 1.2-metrovom teleskope Observatorii Verhnego Provansa (Franciya). Obshie fotometricheskie harakteristiki baldzhei vzaimodeistvuyushih spiralei okazalis' blizki k takovym u baldzhei normal'nyh galaktik.

Diski vzaimodeistvuyushih spiral'nyh galaktik otlichayutsya povyshennoi (primerno v 2-3 raza) poverhnostnoi yarkost'yu po sravneniyu s izolirovannymi. Etu osobennost' mozhno ob'yasnit' usilennym tempom zvezdoobrazovaniya v diskah vzaimodeistvuyushih galaktik. Nablyudeniya drugogo roda (naprimer, analiz infrakrasnogo izlucheniya) uzhe privodili ranee k podobnym zaklyucheniyam. Prichiny uskoreniya zvezdoobrazovaniya pri gravitacionnom vozmushenii galaktik do konca neyasny (usilenie etogo processa v diskah chasto ob'yasnyaetsya, naprimer, rostom chastoty stolknovenii oblakov molekulyarnogo gaza).

Pri vzaimodeistvii galaktik chast' energii orbital'nogo dvizheniya perehodit v ih vnutrennyuyu energiyu. Kak yasno iz obshih soobrazhenii, eto dolzhno privodit', v chastnosti, k uvelicheniyu dispersii skorostei zvezd i k "razbuhaniyu" zvezdnyh diskov. My rassmotreli opticheskuyu strukturu vidimyh "s rebra" vzaimodeistvuyushih galaktik i nashli, chto ih diski, deistvitel'no, imeyut primerno v dva raza bol'shie otnositel'nye tolshiny (t.e. otnosheniya vertikal'nyh i radial'nyh masshtabov raspredeleniya poverhnostnoi yarkosti), chem diski obychnyh spiral'nyh galaktik (Reshetnikov V., Combes F. // Astron. and Astrophys. 1997. V.324. N1. P.80-90). Cherez dva goda etot rezul'tat byl podtverzhden gruppoi nemeckih issledovatelei (Schwarzkopf U., Dettmar R.-J. // Astrophysics and Space Science. 1999. V.265. Issue 1/4. P.479-480). Effektivnost' prilivnogo razogreva zvezdnyh diskov zavisit ot mnogih faktorov, i v chastnosti ot sootnosheniya vidimoi i skrytoi mass v galaktikah. Poetomu sravnenie nablyudaemogo effekta s rezul'tatami chislennyh raschetov (oni poka, k sozhaleniyu, otsutstvuyut) moglo by dat' novyi podhod k izucheniyu skrytoi massy.

Zvezdnye diski izgibayutsya

Gazovye diski bol'shinstva spiral'nyh galaktik (vklyuchaya Mlechnyi Put') izognuty tak, chto, esli smotret' na nih "s rebra", oni napominayut znak integrala. Izgib obychno nachinaetsya vo vneshnih oblastyah galaktik (tam, gde zvezdnaya plotnost' ochen' mala), i poetomu do nedavnego vremeni dannyh o takih izgibah bylo ves'ma malo. V teh zhe sluchayah, kogda est' informaciya ob iskrivleniyah gazovogo i opticheskogo diskov, izgiby, proslezhennye po dvum podsistemam, pochti sovpadayut, chto pozvolyaet dumat' ob ih obshem proishozhdenii.

S teoreticheskoi tochki zreniya iskrivlenie diskov u galaktik vse eshe ostaetsya, po vyrazheniyu Dzh.Binni, "zahvatyvayushei golovolomkoi". Ob'yasnit' ih vozniknovenie i sohranenie pytalis' prilivnym vzaimodeistviem galaktik, akkreciei veshestva iz mezhgalakticheskogo prostranstva na periferiinye oblasti diskov, deistviem mezhgalakticheskogo magnitnogo polya i dr. Odnako do sih por ni odin iz predlozhennyh mehanizmov tak i ne stal obsheprinyatym. Osnovnaya prichina takogo polozheniya - ochevidnyi nedostatok dannyh nablyudenii, poskol'ku v radio- i opticheskom diapazonah bylo izucheno lish' neskol'ko desyatkov vidimyh "s rebra" galaktik.

Predpolozhiv, chto prostranstvennoe okruzhenie dolzhno vliyat' na formirovanie izgibov galaktik, my reshili issledovat' vopros: kak chasto vstrechayutsya izognutye diski v oblastyah s raznoi prostranstvennoi plotnost'yu galaktik? Ved' v bol'shinstve sluchaev, kogda spiral'naya galaktika vhodit v sostav vzaimodeistvuyushei sistemy, ee opticheskii disk izognut (ris.3). Ispol'zuya "Cifrovoi obzor neba" - sozdannoe v Institute kosmicheskogo teleskopa (Space Telescope Science Institute, Baltimor, SShA) elektronnoe izobrazhenie pochti vsei nebesnoi sfery, - my issledovali 540 vidimyh "s rebra" spiral'nyh galaktik i ih blizhaishee okruzhenie. Okazalos' (Reshetnikov V., Combes F. // Astron. and Astrophys. 1998. V.337. N1. P.9-16), chto okolo 40% iz nih imeyut integralopodobnoe iskrivlenie svoih ploskostei s maksimal'nym nablyudaemym otkloneniem kraya diska ot ploskosti bolee 2 gradusov. Uchityvaya, chto izgib ploskosti zameten pri uslovii, chto liniya, vdol' kotoroi disk izognut, blizka k luchu zreniya, etu ocenku mozhno primerno udvoit'.

Itak, diski bol'shinstva spiral'nyh galaktik izognuty, i eta ih osobennost' stol' zhe fundamental'na, kak, naprimer, nalichie spiral'noi struktury. Vyyasnilos' takzhe, chto vstrechaemost' galaktik s iskrivlennymi diskami zavisit ot prostranstvennogo okruzheniya: oni dominiruyut sredi vzaimodeistvuyushih galaktik (50-60%), ochen' chasty sredi galaktik s blizkimi sputnikami (30-40%) i otnositel'no redki sredi izolirovannyh (20%). S drugoi storony, prostranstvennaya plotnost' galaktik vokrug spiralei s izognutymi diskami sushestvenno (primerno v pyat' raz) prevyshaet sootvetstvuyushee znachenie dlya teh, u kotoryh net priznakov izgiba.

Eti rezul'taty zametno ogranichivayut nabor modelei, pytayushihsya ob'yasnit' iskrivlenie diskov. Prilivnoe vzaimodeistvie i vneshnyaya akkreciya, veroyatno, osnovnye mehanizmy rassmatrivaemogo yavleniya.

Galaktiki okruzheny kol'cami

Geroi rasskaza Andreya Platonova "Lunnaya bomba" voskliknul: "Vidite ili net vy katastrofu na Mlechnom Puti: tam shumit poperechnyi sinii potok. Eto ne tumannost' i ne zvezdnoe skoplenie..." Spustya 70 let etu katastrofu uvideli. Eto deistvitel'no byla ne tumannost' i ne skoplenie, a celaya galaktika (hotya i karlikovaya), razrushaemaya prilivnymi silami Mlechnogo Puti (Ibata R.A., Gilmore G., Irwin M.F. // Nature. 1994. V.370. N6486. P.194-196).

Karlikovaya galaktika v Strel'ce (ee standartnoe oboznachenie Sgr I) naryadu s drugimi podobnymi ob'ektami vhodit v svitu nashei Galaktiki. Unikal'nost' sostoit v tom, chto Sgr I nahoditsya prakticheski vnutri nee, na rasstoyanii 16 kpk ot ee centra. Prilivnoe vozdeistvie Galaktiki vytyanulo Sgr I v kolossal'nuyu dugu dlinoi okolo 30 kpk, sravnimoi s diametrom Galaktiki. Eta duga pochti perpendikulyarna ploskosti Mlechnogo Puti.

Po-vidimomu, vse massivnye galaktiki okruzheny sistemami nebol'shih sputnikov. Znachit, u drugih galaktik tozhe mogut nablyudat'sya struktury, podobnye Sgr I. Rost tehnicheskih vozmozhnostei i registraciya bolee nizkih urovnei poverhnostnoi yarkosti, veroyatno, pozvolyat obnaruzhivat' ostatki etih razrushayushihsya sputnikov. Pervym primerom takogo roda stala galaktika NGC 5907. V 1998 g. gruppa kitaiskih i amerikanskih astronomov obnaruzhila slabuyu petleobraznuyu strukturu, sostoyashuyu iz zvezd i ohvatyvayushuyu galaktiku vdol' maloi osi (ris.4). Avtory predpolozhili, chto petlya obrazovana ostatkami karlikovogo sputnika, razrushayushegosya v gravitacionnom pole spiral'noi galaktiki.

Ris.4. Struktura galaktiki NGC 5907. Vverhu sleva - opticheskoe izobrazhenie NGC 5907, sprava - izobrazhenie slabyh vneshnih oblastei galaktiki (snimok predostavlen d-rom Zh.Shangom, SShA). Dlya povysheniya kontrasta vse fonovye zvezdy, a takzhe yarkaya central'naya oblast' NGC 5907 s izobrazheniya udaleny. Vnizu - rezul'taty modelirovaniya kol'ceobraznoi struktury, obrazovavsheisya pri razrushenii sputnika vozle NGC 5907. Predpolagaetsya, chto glavnaya galaktika vidna "s rebra", ee centr sovpadaet s nachalom koordinat. Pervyi kadr sleva sootvetstvuet modeli sfericheskogo sputnika cherez 1.4 mlrd let posle pervogo prohozhdeniya pericentra (tochki orbity, blizhaishei k prityagivayushemu centru); dva posleduyushih - eto rannyaya (1.4 mlrd let) i pozdnyaya (3.5 mlrd let) stadii evolyucii kol'ca dlya modeli diskovogo sputnika.

Chtoby eto proverit', my vypolnili chislennoe modelirovanie razrusheniya sputnika, dvizhushegosya v polyarnoi ploskosti massivnoi galaktiki (Reshetnikov V.P., Sotnikova N.Ya. // Pis'ma v "Astron. zhurn.". 2000. T.26. N5. S.333-341). V kachestve modeli dlya opisaniya sputnika brali 50-100 tys. samogravitiruyushih chastic (vzaimodeistvuyushih drug s drugom). Vybor massy sputnika (2-5 10⁸ M_o) byl ogranichen dannymi ob opticheskoi svetimosti kol'ceobraznoi struktury, kotoraya ne prevyshaet 1% polnoi svetimosti NGC 5907. Primery rezul'tatov privedeny na ris.4. Kak vidno na risunke, nablyudaemaya u NGC 5907 kol'ceobraznaya struktura vpolne mozhet poyavit'sya na otnositel'no rannei stadii razrusheniya karlikovoi galaktiki. Detal'noe sravnenie s raznymi modelyami sputnika pokazalo, chto struktura zvezdnoi petli luchshe ob'yasnyaetsya, esli predpolozhit', chto sputnik byl diskovym, a ne sfericheskim (kondensaciya v petle - eto ostatok plotnogo yadra sputnika). Krome togo, okazalos', chto forma poluchayusheisya pri razrushenii sputnika petli zavisit ot harakteristik temnogo galo NGC 5907. Sledovatel'no, uzhe sama morfologiya kol'ceobraznoi detali (naprimer, ee vidimaya splyusnutost') mozhet dat' ogranichenie na massu nevidimogo galo galaktiki. V sluchae NGC 5907 my poluchili: v predelah opticheskoi petli vklad skrytoi massy v 3-4 raza prevyshaet vklad "svetyasheisya".

NGC 5907 demonstriruet sud'bu upavshego na massivnuyu galaktiku nebol'shogo sputnika. A chto budet, esli na galaktiku upadet bolee massivnyi sputnik ili ona zahvatit znachitel'nuyu chast' veshestva priblizivsheisya galaktiki? V etih sluchayah mogut vozniknut' udivitel'nye ob'ekty, nazyvaemye galaktikami s polyarnymi kol'cami (ris.5). Po vyrazheniyu P.Shehtera, oni napominayut "ostatki avtomobil'noi avarii, ne ubrannye s shosse". I v samom dele, sliyanie galaktik - eto otnositel'no bystryi process, privodyashii za vremya, ne prevyshayushee 1 mlrd let, k formirovaniyu edinogo ob'ekta (kak pravilo, ellipticheskoi galaktiki). V sluchae galaktik s polyarnymi kol'cami blagodarya unikal'noi geometrii vzaimodeistviya i osobym harakteristikam vzaimodeistvuyushih galaktik obrazuetsya ob'ekt, v kotorom dlitel'no sosushestvuyut ostatki obeih uchastnic. Central'naya chast' takih ob'ektov obychno lishena gaza, kotoryi celikom (ego massa prevyshaet 10⁹ M_o) svyazan s polyarnoi kol'cevoi strukturoi.

Ris.5. Dve galaktiki s polyarnymi kol'cami. Central'nye galaktiki v etih ob'ektah, imeyushie ellipsoidal'nuyu formu, vrashayutsya vokrug svoih malyh osei, protyazhennye diskoobraznye struktury - vokrug bol'shih osei central'nyh galaktik. Takim obrazom, v etih ob'ektah sosushestvuyut dve pochti ortogonal'nye krupnomasshtabnye kinematicheskie podsistemy.

Kol'ca ukazyvayut na temnye galo!

Rukovodstvuyas' etimi rezul'tatami nablyudenii, my smodelirovali process proleta bogatoi gazom spirali v polyarnoi ploskosti svobodnoi ot gaza osnovnoi galaktiki (Reshetnikov V., Sotnikova N. // Astron. and Astrophys. 1997. V.325. N3. P.933-942). Okazalos', chto v processe tesnogo kontakta osnovnaya galaktika mozhet zahvatit' okolo 10% gaza galaktiki-donora i etot gaz za vremya ~10⁹ let obrazuet v ee polyarnoi ploskosti kol'cevuyu strukturu. Obilie gaza v kol'ce porozhdaet zvezdoobrazovanie, i kol'co stanovitsya vidimym v opticheskom diapazone.

V hode raschetov udalos' takzhe vpervye vyyavit' zavisimost' mezhdu razmerom akkrecionnogo kol'ca i strukturnymi parametrami central'noi galaktiki, v chastnosti massoi temnogo veshestva. My nashli, chto sushestvovanie ochen' protyazhennyh polyarnyh kolec, podobnyh pokazannym na ris.5, mozhno ob'yasnit' tol'ko v tom sluchae, esli central'nye galaktiki obladayut massivnymi temnymi galo. Etot vyvod podtverzhdaetsya i kinematicheskimi issledovaniyami konkretnyh galaktik s polyarnymi kol'cami (izucheniem dvizheniya gaza i zvezd na osnove spektral'nyh nablyudenii).

Temnye galo galaktik igrayut vazhnuyu rol' pri formirovanii ne tol'ko akkrecionnyh kol'cevyh struktur, no i protyazhennyh prilivnyh obrazovanii. Gruppa amerikanskih astronomov (Dubinski J., Mihos J.C., Hernquist L. // Astrophys. J. 1996. V.462. N2. P.576-593) nedavno pokazala, chto morfologicheskie harakteristiki prilivnyh "hvostov" vzaimodeistvuyushih galaktik, v chastnosti ih protyazhennost', opredelyayutsya pomimo parametrov proleta eshe i massoi i raspredeleniem skrytogo veshestva.

Etot vyvod byl podkreplen i nashim issledovaniem: na primere znamenitoi dvoinoi vzaimodeistvuyushei sistemy "Myshki" (NGC 4676 na ris.2) my prodemonstrirovali, chto morfologiyu i kinematiku protyazhennogo, pochti pryamolineinogo "hvosta" nel'zya ob'yasnit' bez privlecheniya massivnyh galo, okruzhayushih obe uchastvuyushie vo vzaimodeistvii galaktiki (Reshetnikov V.P., Sotnikova N.Ya. // Pis'ma v "Astron. zhurn.". 1998. T.24. N2. S.97-108).

Na 6-metrovom teleskope Special'noi astrofizicheskoi observatorii RAN (pos. Nizhnii Arhyz, Karachaevo-Cherkesiya) byli polucheny unikal'nye spektral'nye dannye, soglasno kotorym na protyazhenii bolee 40 kpk ot yadra galaktiki luchevye skorosti izluchayushego gaza v "hvoste" ostayutsya ochen' bol'shimi (primerno 300 km/s po otnosheniyu k yadru). S pomosh'yu chislennogo modelirovaniya my nashli, chto soglasiya s dannymi nablyudenii mozhno dostich' tol'ko v tom sluchae, esli dopustit' nalichie u galaktik sistemy massivnyh temnyh galo (s otnosheniem massy galo k masse galaktiki v predelah opticheskogo razmera "hvosta", ravnym primerno chetyrem).

Dalekie galaktiki vzaimodeistvuyut chashe

Kak uzhe upominalos', v blizkoi k nam oblasti Vselennoi v sostav vzaimodeistvuyushih sistem vhodit lish' 5-10% galaktik. Predpolagaetsya odnako, chto v proshlom ih koncentraciya mogla byt' znachitel'no bol'she (hotya by iz-za togo, chto srednyaya plotnost' Vselennoi byla vyshe i, sledovatel'no, srednie rasstoyaniya mezhdu galaktikami byli men'she). Rost tempa vzaimodeistvii galaktik - kolichestvo ih tesnyh sblizhenii za edinicu vremeni v edinice ob'ema - s uvelicheniem krasnogo smesheniya z predskazyvaetsya i sovremennymi teoriyami obrazovaniya galaktik.

V ramkah teorii rasshiryayusheisya Vselennoi velichina krasnogo smesheniya z (otnositel'noe uvelichenie dlin voln linii v spektre dvizhushegosya istochnika po sravneniyu s etalonnym spektrom iz-za effekta Doplera) harakterizuet rasstoyanie do ob'ekta. V nastoyashee vremya obnaruzheny galaktiki s z=5-6. Ih "vidimyi" vozrast sostavlyaet lish' neskol'ko procentov ot sovremennogo vozrasta Vselennoi.

Tak, naprimer, v ramkah teorii ierarhicheskogo skuchivaniya galaktiki obrazuyutsya za schet mnozhestvennyh sliyanii ob'ektov men'shih mass. Sledovatel'no, neposredstvennoe izmerenie tempa vzaimodeistvii i sliyanii galaktik pri raznyh z - eto ochen' vazhnyi test dlya proverki spravedlivosti sovremennyh predstavlenii.

Pri umerennyh z rost tempa sliyanii galaktik obychno schitayut proporcional'nym (1+z)^m. Sovremennye ocenki m var'iruyutsya v ochen' shirokom diapazone - ot 1 do 6. Prichiny stol' bol'shogo razbrosa - raznogo roda effekty selekcii, a takzhe ispol'zovanie dlya ocenki m kosvennyh metodov.

My reshili sravnit' v lokal'noi Vselennoi (z<0.05) i pri z~1 (pri etom krasnom smeshenii ob'ekty vidny takimi, kakimi byli 7 mlrd let nazad, t.e. kogda Vselennaya byla primerno vdvoe molozhe) dolyu galaktik, kotorye byli by legko uznavaemy i struktura kotoryh ochevidnym obrazom ob'yasnyalas' by processami vzaimodeistviya ili sliyaniya. V kachestve takih ob'ektov my reshili rassmotret' galaktiki s protyazhennymi prilivnymi "hvostami" (sm. dlya primera NGC 4038/9, NGC 4676, NGC 7252 na ris.2). Izvestno, chto "hvosty" obrazuyutsya pri tesnyh sblizheniyah galaktik sravnimyh mass, i poetomu ih nalichie - nadezhnyi indikator nedavnego gravitacionnogo vozmusheniya. Prilivnye struktury imeyut ochen' nizkie poverhnostnye yarkosti, no, kak pokazali prostye ocenki, oni mogut nablyudat'sya sovremennymi metodami po krainei mere do z~1.

Chtoby proanalizirovat', kak chasto popadayutsya galaktiki s prilivnymi strukturami, my rassmotreli Glubokie Polya (GP) - severnoe i yuzhnoe, - kotorye nedavno nablyudalis' Kosmicheskim teleskopom im.Habbla. GP - eto hranyashiesya v Institute kosmicheskogo teleskopa i otkrytye dlya svobodnogo ispol'zovaniya (ris.6) izobrazheniya sverhdalekih ob'ektov na dvuh nebol'shih ploshadkah, nahodyashihsya v Severnom i Yuzhnom polushariyah. V nastoyashee vremya GP - samye glubokie nashi "prokoly" vo Vselennuyu. V etih polyah vidny ob'ekty so zvezdnymi velichinami do 29^m-30^m (krupneishie nazemnye teleskopy proigryvayut v etom na neskol'ko edinic). Krome togo, vneatmosfernye nablyudeniya pozvolili uvidet' vnegalakticheskie ob'ekty v GP s uglovym razresheniem ~0.1", chto takzhe v neskol'ko raz prevyshaet luchshie nazemnye vozmozhnosti.

Ris.6. Tak francuzskii astronom Zh.Patyurel' izobrazil specifiku sovremennoi astronomii. Nablyudeniya, provodimye na krupneishih nazemnyh i kosmicheskih instrumentah, hranyatsya v special'nyh elektronnyh arhivah, gde oni dostupny po komp'yuternym setyam vsem astronomam. Poetomu "nablyudat'" na luchshih teleskopah mozhno, sidya za komp'yuterom. Pechataetsya s razresheniya avtora risunka.

Na kadrah s GP my sistematicheski iskali ob'ekty s prilivnymi strukturami (Reshetnikov V. // Astron. and Astrophys. 2000. V.353. N1. P.92-96). Vsego my vydelili bolee 70 galaktik s "hvostami" v dvuh Polyah (odna iz naidennyh sverhdalekih dvoinyh sistem pokazana na ris.7). V interesuyushem nas diapazone krasnyh smeshenii (z=0.5-1.5) okazalos' 25 takih ob'ektov. Integral'nye fotometricheskie harakteristiki predpolagaemyh prilivnyh obrazovanii u etih 25 galaktik byli blizki k harakteristikam "hvostov" u blizkih vzaimodeistvuyushih galaktik. Dlya naidennyh ob'ektov my opredelili, chto prostranstvennaya plotnost' galaktik s prilivnymi "hvostami" pri z~1 rastet kak (1+z)^m, gde m=4. (Eto znachenie polucheno dlya modeli Vselennoi so srednei plotnost'yu, gorazdo men'shei kriticheskoi.

Kriticheskaya plotnost' - vazhneishii kosmologicheskii parametr: esli srednyaya plotnost' veshestva vo Vselennoi men'she etoi velichiny, to rasshirenie Vselennoi budet prodolzhat'sya beskonechno, a esli bol'she - rasshirenie cherez nekotoroe vremya smenitsya szhatiem.

Dlya Vselennoi, srednyaya plotnost' kotoroi ravna kriticheskoi, znachenie m uvelichivaetsya do 5.) Itak, nashi rezul'taty svidetel'stvuyut o bystrom roste tempa vzaimodeistvii galaktik s z i soglasuyutsya s predskazaniyami sovremennyh teorii.

Ris.7. Vzaimodeistvuyushaya dvoinaya sistema, nablyudavshayasya v severnom GP Kosmicheskim teleskopom im.Habbla, s z~4. Uglovoe rasstoyanie mezhdu galaktikami 1.2" (ili primerno 10 kpk).

V nastoyashee vremya uzhe yasno, chto gravitacionnye vzaimodeistviya i obmen massoi mezhdu galaktikami byli ochen' vazhnymi faktorami v ih evolyucii. Poetomu detal'noe izuchenie vzaimodeistvuyushih galaktik predostavlyaet zamechatel'nuyu vozmozhnost' uvidet' te processy, kotorye, vozmozhno, proishodili na rannih stadiyah formirovaniya galaktik i priveli k nablyudaemomu mnogoobraziyu ih svoistv.

(Dannaya stat'ya publikovalas' v zhurnale "Priroda" t.6, s.9-21, 2000)

Publikacii s klyuchevymi slovami: vzaimodeistvuyushie galaktiki - Skoplenie galaktik - spiral'naya struktura Publikacii so slovami: vzaimodeistvuyushie galaktiki - Skoplenie galaktik - spiral'naya struktura
Sm. takzhe: Skoplenie galaktik Pandora Rasputyvayushayasya galaktika NGC 3169 Skoplenie galaktik v Volosah Veroniki UHZ1: dalekaya galaktika i chernaya dyra Skoplenie galaktik v Pechi Arp 87: slivayushiesya galaktiki Arp 142: galaktika Kolibri Vse publikacii na tu zhe temu >>