Содержание
Ученые пересмотрели историю возникновения Млечного пути (15 января 2021)
Когда койсанские охотники-собиратели из Африки к югу от Сахары смотрели на извилистый след звезд и пыли, рассекающий ночное небо, они видели угли костра. Полинезийские моряки увидели акулу, пожирающую облака. А древние греки поток молока, гала (γάλα), который в конечном итоге породил современный термин «Галактика».
В 20-м веке астрономы обнаружили, что наша серебряная река — это всего лишь часть огромного острова звезд, и написали собственную историю галактического происхождения. Они пришли к выводу, что наша Галактика — Млечный Путь образовалась почти 14 миллиардов лет назад, когда огромные облака газа и пыли объединились под действием силы тяжести. Со временем возникли две структуры: сначала огромное сферическое «гало», а затем плотный яркий диск. Спустя миллиарды лет внутри этого диска возникла наша солнечная система. Теперь мы можем взглянуть ночью на небо и увидеть «пролитое молоко» — вид сбоку на тот самый огромный белый диск.
А все лишь за последние два года исследователи переписали почти каждую важную главу истории галактики. Что случилось? У них появились более точные данные.
25 апреля 2018 года европейский космическая обсервтория Gaia опубликовала ошеломляющее количество информации о звездах. Важно отметить, что данные Gaia описывают детальное движение примерно 1 миллиарда звезд (об этом «Эксперт» писал в декабре). Предыдущие исследования выявили перемещение лишь около нескольких тысяч звезд. Новые данные оживили интерес к нашей Галактике. «Gaia начала новую революцию», — объяснил научно-просветительскому журналу Quanta Magazine Федерико Сестито, астроном Страсбургской астрономической обсерватории во Франции.
Астрономы поспешили загрузить динамическую звездную карту, построенную обсерваторией Gaia, после чего последовал шквал открытий: некоторые части «молочного диска» оказались более древними, чем предполагали ученые; были обнаружены свидетельства эпических столкновений, которые сформировали бурную молодость нашей Галактики (Млечного Пути), а также признаки того, что Галактика продолжает неожиданным образом изменяться.
Взятые вместе, эти результаты полностью изменили представления о Галактике. «Наша картина Млечного Пути изменилась очень быстро», — сказал по этому поводу Майкл Петерсен, астроном из Эдинбургского университета.
Первые звезды
Чтобы заглянуть в самые ранние дни Галактики, астрономы искали звезды, существовавшие еще с самого начала формирования Млечного Пути. Они были созданы только из водорода и гелия — чистого «сырья» космоса. К счастью, некрупные звезды могут существовать очень долго, поэтому многие из них до сих пор существуют и светят.
После десятилетий исследований ученые составили каталог из 42 таких древних звезд, известных как ультра-бедные металлами звезды (для астрономов любой атом тяжелее гелия считается металлическим). Согласно стандартной истории Млечного Пути, эти звезды должны находиться по всему гало Галактики — самой первой сформировавшейся её части. И наоборот, звезды в диске, которому потребовалось, возможно, еще миллиард лет, чтобы сформироваться, должны быть загрязнены тяжелыми элементами, такими как углерод и кислород.
В конце 2017 года Сестито решил изучить, как движется этот обедненный металлами рой, написав код для анализа предстоящих результатов Gaia. Он надеялся, что это может дать некоторые подсказки о том, как возникло «гало».
За время, прошедшее после публикации данных каталога Gaia, он извлек 42 древних звезды из полного набора данных, а затем проследил за их движением. Он обнаружил, что большинство из них проходило через внешний ореол. Но некоторые звезды (примерно каждая четвертая) этого не сделали. Они, наоборот, оставались в диске — самом молодом регионе Млечного Пути. Сестито был удивлен.
Последующие исследования подтвердили, что эти звезды действительно являются постоянным населением диска, а не просто туристами. На основе двух недавних обзоров данных Сестито и его коллеги создали библиотеку из примерно 5000 звезд с низким содержанием металла. Несколько сотен из них, похоже, являются постоянным населением диска Галактики. Другая группа исследователей проанализировала около 500 звезд и обнаружила, что примерно каждая десятая постоянно находится на круговых орбитах, похожих на орбиту Солнце.
Третья группа исследователей нашла звезды с разным содержанием металла (и, следовательно, разного возраста), движущиеся по орбитам плоского диска. «Это что-то совершенно новое», — считает Паола Ди Маттео, астроном Парижской обсерватории.
Откуда возникли эти анахронизмы? Сестито предположил, что, возможно, очагам изначального чистого газа из водорода удалось избежать наличия металлов, выбрасываемых сверхновыми в течение жизни Галактики, а затем столкнуться, образовав звезды, которые выглядели бы более старыми. Другое предположение состояло в том, что диск, возможно, начал обретать форму вместе с ореолом, почти на 1 миллиард лет раньше изначально предполагаемого срока.
Чтобы выяснить, какая из версий наиболее правдоподобна, он связался с Тобиасом Баком, исследователем из Института астрофизики им. Лейбница в Потсдаме в Германии, специализирующимся на моделировании населения галактик. Как и ожидалось, прошлые усилия Тобиаса разгадать загадку появления нашей Галактики обычно приводили к выводу о том, что вначале появился ореол, а затем диск.
Но это были попытки моделирования с относительно низким пространственным разрешением. По просьбе Сестито, Бак увеличил точность моделирования примерно в 10 раз.
При таком разрешении каждое моделирование требовало интенсивных вычислительных ресурсов. Несмотря на то, что у него был доступ к суперкомпьютерному центру в Лейбнице, для одного моделирования требовалось три месяца вычислительного времени. Бак повторил расчеты шесть раз. Из этих шести пять было произведено для нашей Галактики. Два из них имели достаточное количество звезд в диске с низкой металличностью.
Как эти древние звезды, с низким содержанием металлов попали в диск? Проще говоря, они были звездными иммигрантами. Некоторые из них родились в облаках до формирования нашей Галактики. Затем облака случайно направили часть своих звезд на орбиты, которые в конечном итоге стали частью галактического диска. Другие звезды пришли из маленьких «карликовых» галактик, которые взаимодействовали с Галактикой и вошли в состав формирующегося диска.
Результаты, опубликованные группой в ноябре, предполагают, что классические модели образования галактик были неполными. Как и ожидалось, газовые облака сжимаются в сферические гало. Но звезды, падающие под прямым углом, могут также и сформировать диск. «Теоретики не ошиблись», — сказал Бак. — «Им действительно не хватало данных наблюдений».
Беспокойная молодость
На этом сложности не заканчиваются. С помощью обсерватории Gaia астрономы нашли прямые доказательства гигантских столкновений в прошлом. Астрономы предполагали, что у Млечного Пути была беспокойная молодость, но Хелмер Коппельман, астроном, ныне работающий в Институте перспективных исследований в Принстоне, использовал данные Gaia, чтобы найти конкретные обломки одного из крупнейших слияний. Во всех направлениях он увидел огромное количество гало-звезд, которые двигались взад и вперед в центре Млечного Пути одним и тем же необычным образом — ключ к тому, что они пришли из одной карликовой галактики. Галактические обломки оказались повсюду.
Возможно, половина всех звезд гало (которое простирается на сотни тысяч световых лет во всех направлениях) возникли в результате этого единичного столкновения, которое могло увеличить массу нашей Галактики на 10%. «Для меня это изменило правила игры», — сказал Коппельман. — «Я ожидал много небольших столкновений».
Группа назвала малую галактику, слившуюся с нашей Галактикой, Гайя-Энцелад в честь греческой богини Гайи и ее сына-титана Энцелада. Другая команда из Кембриджского университета независимо предположила наличие такой же малой галактике примерно в то же время, назвав ее «Колбаса Гайя» за ее форму на картах.
Когда Млечный Путь и Гая-Энцелад столкнулись 10 миллиардов лет назад, тонкий диск нашей Галактики, предположительно, получил обширные повреждения. Астрономы спорят, почему наш галактический диск состоит из двух частей: тонкого диска и более толстого балджа, в котором звезды колеблются вверх и вниз, вращаясь вокруг центра Галактики. Исследования, проведенные Ди Маттео, предполагают, что Гайя-Энцелад взорвала большую часть диска, раздувая его во время столкновения.
«Первый древний диск сформировался довольно быстро, а потом мы думаем, что Гайя-Энцелад как бы разрушила его», — сказал Коппельман.
Намеки на неизвестные ранее слияния с нашей галактикой были замечены в связках звезд, известных как шаровые скопления. Дидерик Крюйссен, астроном из Гейдельбергского университета в Германии, использовал моделирование населения галактик, чтобы обучить нейронную сеть исследовать шаровые скопления. Он поставил задачу проанализировать их возраст, состав и орбиты. На основе этих данных нейронная сеть смогла бы реконструировать столкновения, из которых сформировались галактики. Модель для Млечном Пути действительно воспроизвела уже известные события: слияние с Гайя-Энцелад, а также более раннее и более значительное слияние с галактикой, которую группа назвала Кракеном.
В августе группа Крюйссена опубликовала возможную хронологию слияния нашей Галактики (Млечного Пути) и карликовых галактик, которые его сформировали. Они также предположили существование 10 дополнительных столкновений в прошлом, которые, как они надеются, будут подтверждены независимыми наблюдениями.
«Мы еще не нашли остальные 10, — сказал Круйссен, — но обязательно найдем».
Все эти предположения привели некоторых астрономов к предположению, что гало Галактики может состоять почти исключительно из звезд-иммигрантов. Модели 60-х и 70-х годов показывали, что большинство звезд гало Млечного Пути должны были образоваться без столкновений. Но поскольку все больше и больше звезд стали идентифицироваться учеными как прибывшие из других галактик, эти модели были подвергнуты сомнениям.
Движение не заканчивается?
В последнее время наша Галактика имела относительно спокойную историю, но новые столкновения с близлежащим галактиками продолжают беспокоить. Наблюдатели ночного неба в Южном полушарии невооруженным глазом могут заметить пару карликовых галактик, называемых Большим и Малым Магеллановыми облаками. Астрономы долгое время полагали, что эта пара — наши устойчивые спутники на орбите Галактики. Однако, серия наблюдений космического телескопа Хаббл между 2006 и 2013 годами показала, что они более похожи на падающие метеориты.
Нитья Калливаялил, астроном из Университета Вирджинии, определила, что горячие облака поднимаются со скоростью около 330 километров в секунду — почти в два раза быстрее, чем предполагалось. Когда несколько лет спустя группа ученых под руководством Хорхе Пеньяррубиа, астронома из Королевской обсерватории Эдинбурга, подсчитали цифры, они пришли к выводу, что быстрые облака должны быть чрезвычайно большими — возможно, в 10 раз больше, чем считалось ранее. «Это был сюрприз за сюрпризом», — сказал Пеньяррубия.
Различные группы предполагали, что неожиданно мощные карлики могут тащить за собой части Млечного Пути, и в этом году Пеньяррубия сошлись в результатах с Петерсеном. Проблема в изучении Галактики заключается в том, что наша Галактика — Млечный Путь — это бушующая метель звезд, в которой мы сами снежинки. Таким образом, Пеньяррубия и Петерсен потратили значительную часть времени на то, чтобы выяснить, как учесть движение Земли и Солнца и как учесть движение звезд гало, чтобы внешняя граница гало могла служить неподвижным фоном.
Когда они откалибровали данные таким образом, они обнаружили, что Земля, Солнце и остальная часть диска, на котором они находятся, двигаются в одинаковом направлении. Недавно они подробно рассказали о своих открытиях в Nature Astronomy.
Взаимодействие диска Галактики с гало подрывает фундаментальное предположение: Млечный Путь — это объект, находящийся в равновесии. Анализ Пеньяррубиа и Петерсена доказывает, что предположение о стабильной Галактике, возможно, не является верным. Даже через 14 миллиардов лет после слияния протогалктик продолжается формирование нашей. Это осознание — лишь последнее изменение в нашем понимании Галктики, как эволюционирующей системы. «Все, что мы думали, что мы знаем о будущем и истории Млечного Пути, — сказал Петерсен, — необходимо полностью переосмыслить».
Как появилась наша галактика — Hi-News.ru
Вселенная 13 миллиардов лет назад была совсем не такой, какой она видится ученым сегодня. Последние считают, что в то время в бескрайних просторах космоса происходил активный процесс звездообразования.
Новые светила рождались и притягивались ближе друг к другу под воздействием гравитационных сил. Это приводило к формированию первых звездных скоплений, затем небольших (карликовых галактик), которые сталкивались между собой и образовывали более крупные галактики, такие как наш Млечный Путь.
Доказательства столкновения Млечного Пути и галактики под названием Гайя Энцелад появились в 2018 году, когда данные телескопа Европейского космического агентства указали на то, что некоторые звезды находятся не совсем на своем месте. Ученые обнаружили, что внутренняя часть Млечного Пути наполнена «обломками» другой галактики, которая еще при жизни была в четыре раза меньше нашей. Однако до сегодняшнего дня не было известно, когда могло произойти это столкновение.
Читайте также: Что-то неизвестное словно пуля пробило дыру внутри Млечного Пути
Ученые из Канарского института астрофизики считают, что они смогли раскрыть эту загадку.
В ходе исследования им удалось выяснить точное местоположение и яркость одного миллиона звезд нашей галактики в пределах 6500 световых лет от Солнца с помощью космического телескопа Gaia.
Звезды разделили на две категории: голубые (бедные металлами) и красные (богатые металлами). Оказалось, что все светила одинаково древние, но «голубые» движутся хаотично. Такая особенность стала свидетельством того, что Млечный Путь действительно когда-то поглотил менее обширную галактику.
Ориентируясь на возраст звезд, ученые определили время столкновения галактик. По их расчетм, оно произошло 10 млрд лет назад.
Примитивный Млечный Путь формировал звезды на протяжении трех миллиардов лет. Меньшая галактика прошла такой же путь, но она была химически беднее и имела меньшую массу. Таким образом, она была поглощена, – говорится в исследовании.
Исследователи отмечают, что сам процесс слияния происходил в течение нескольких миллионов лет.
Слияние – это не одномоментный, а постепенный процесс, который оказывает огромное влияние на звездные скопления, — говорят авторы исследования.
Ученые создали 3D-анимацию, которая демонстрирует этот процесс слияния.
Видео можно посмотреть ниже.
По мнению исследователей, тепло, выделенное при слиянии, и большое количество галактического газа в конечном итоге привели к формированию современной формы Млечного Пути. Вместе с тем, это был не первый случай такого слияния, отмечают исследовали. За историю своего существования Млечный Путь поглотил много других меньших галактик. Нашу собственную галактику примерно через 5 миллиардов лет ожидает та же участь. Она будет поглощена соседней галактикой Андромеды.
Подписывайтесь на наш Яндекс.Дзен. Удобно следить за новостями из мира науки и технологий.
ГалактикиЗагадки космосаМлечный Путь
Для отправки комментария вы должны или
Формирование Галактики | StarDate Online
Одной из самых больших проблем, стоящих сегодня перед астрономами, является понимание того, как формируются галактики.
Наблюдения с помощью космического телескопа Хаббл и наземных приборов показывают, что первые галактики сформировались всего через миллиард лет после Большого взрыва, который, вероятно, произошел примерно 13–14 миллиардов лет назад.
Существуют две ведущие теории, объясняющие, как образовались первые галактики. Истина может включать в себя немного обеих идей.
Говорят, что галактики родились, когда огромные облака газа и пыли схлопнулись под действием собственного гравитационного притяжения, позволив сформироваться звездам.
Другой, набравший силу в последние годы, утверждает, что молодая Вселенная содержала много маленьких «кусочков» материи, которые слились воедино, образуя галактики. Космический телескоп Хаббл сфотографировал множество таких скоплений, которые могут быть предшественниками современных галактик. Согласно этой теории, большинство ранних крупных галактик были спиральными. Но со временем многие спирали слились в эллиптические.
Процесс формирования галактики не остановлен. Наша Вселенная продолжает развиваться. Маленькие галактики часто поглощаются более крупными. Млечный Путь может содержать остатки нескольких более мелких галактик, которые он поглотил за время своей долгой жизни.
Млечный Путь уже сейчас переваривает как минимум две небольшие галактики и может втянуть в себя другие в течение следующих нескольких миллиардов лет.
Слияния галактик случаются довольно часто. Большая часть ярких галактик, которые мы видим сегодня, могла образоваться в результате слияния двух или более меньших галактик.
Слияния часты, потому что Вселенная переполнена по галактической шкале расстояний. Диск Млечного Пути, например, простирается примерно на 100 000 световых лет; ближайшая крупная галактика, большая спираль в Андромеде, которая немного больше Млечного Пути, находится на расстоянии около 2,5 миллионов световых лет. Это означает, что расстояние между этими двумя галактиками примерно в 25 раз превышает размеры самих галактик. Это не оставляет большого пространства для галактик.
Галактики тоже очень массивны, поэтому их гравитация сильна. Когда вы соберете их вместе, притяжение может быть настолько сильным, что две галактики вцепятся друг в друга и не отпустят.
В конце концов они сливаются, образуя единый гигантский город звезд.
Самые большие галактики — гигантские эллиптические. Они похожи на яйца или футбольные мячи. Они могут быть в 10 раз больше Млечного Пути и содержать более триллиона звезд. Такие галактики, вероятно, образовались, когда две или более спиралей, таких как Млечный Путь, слились в одну галактику.
Одним из доказательств, подтверждающих теорию слияния, является большое количество эллиптических галактик в плотных скоплениях галактик, где слияния должны быть обычным явлением. Например, два гигантских эллиптических тела возвышаются над центром плотно упакованного скопления Комы. А сердце скопления Девы содержит три гигантских эллиптических тела, каждое из которых простирается почти на миллион световых лет.
Слияние может занять от нескольких сотен миллионов до нескольких миллиардов лет. Они могут вызывать интенсивные вспышки нового звездообразования и даже создавать гигантские черные дыры.
Звезды остаются невредимыми
Галактические столкновения редко приводят к лобовым столкновениям между отдельными звездами.
Даже когда две галактики сталкиваются, расстояние между звездами огромно. Тем не менее звезды могут пострадать от столкновений. Они могут быть выброшены на новые орбиты или даже выброшены из своих родительских галактик в межгалактическое пространство.
Хотя галактические столкновения редко уничтожают звезды, они часто создают их. Когда огромные облака газа и пыли в сливающихся галактиках сталкиваются друг с другом, они могут создавать тысячи или даже миллионы новых звезд.
Как образовались галактики? | Astronomy.com
Ключевой вопрос: что было раньше: галактики, звезды или черные дыры?
К
Дэвид Дж. Эйчер |
Опубликовано: понедельник, 1 июля 2019 г.
ПОХОЖИЕ ТЕМЫ:
ВЕЛИКИЕ ЗАГАДКИ | ГАЛАКТИКА
ЗВЕЗДНОЕ СОМБРЕРО. Красиво сформированные спиральные галактики, такие как галактика Сомбреро, видимая с нашего луча зрения с ребра, слились в виде сгустков материи, скопившихся в ранней Вселенной.
НАСА/Группа наследия Хаббла
В то время как наблюдательные тесты деталей космологии идут полным ходом, астрономы сосредотачиваются на механике того, как материя собиралась воедино в ранней Вселенной.
Фундаментальный вопрос: что было раньше: галактики, звезды или черные дыры? Детская Вселенная представляла собой относительно однородное море газа и темной материи температурой в несколько тысяч градусов — невидимой, загадочной и преобладающей формы материи, о существовании которой косвенно известно благодаря ее гравитационному влиянию. Но то, как объединились галактики, звезды и черные дыры, является ключом к пониманию загадки ранней Вселенной.
Основываясь на данных о космическом микроволновом фоне, астрономы считают, что материя объединилась, когда Вселенная остыла и стала «прозрачной» через 380 000 лет после Большого взрыва. А согласно недавним исследованиям, такие структуры, как звезды и галактики, образовались уже через 200 миллионов лет после Большого взрыва.
Но вопрос о том, как именно слиплась материя, открыт для будущих исследований.
Расшифровка образования галактик восходит к Уолтеру Бааде, который изучал звезды в галактиках и пытался объяснить, как образовались галактики. Один из ведущих исследователей калифорнийской обсерватории Маунт-Уилсон в XIX веке.В 50-х годах Бааде открыл вокруг Млечного Пути группу звезд с небольшим количеством металлов (элементы тяжелее водорода и гелия). Эти звезды древние, им, вероятно, 13 миллиардов лет. Металлы, выброшенные в межзвездное пространство в результате взрыва сверхновых и других процессов, в конечном итоге вошли в состав молодого поколения звезд в нашей галактике.
Принесите вселенную к вашей двери. Мы рады объявить о новой коробке подписки журнала Astronomy «Космос и дальше» — ежеквартальном приключении, в каждой коробке которого собрана коллекция на тему астрономии. Подробнее >>.
КОЛЕСО В НЕБЕ. Объект Хога представляет собой кольцо из горячих голубых звезд, вращающихся вокруг более холодного желтого ядра. Вся галактика имеет размер около 120 000 световых лет в поперечнике, что немного больше, чем Млечный Путь.
Научная группа NASA/WMAP
Открытие Бааде привело к созданию в 1960-х годах модели формирования галактик, названной ELS в честь Олина Эггена, Дональда Линден-Белла и Аллана Сэндиджа. Модель ELS говорит, что галактики коллапсировали как отдельные объекты из газовых облаков. Когда газ падал под действием силы тяжести, он сначала образовывал сферический ореол. По мере того, как объединялось больше газа, он начинал вращаться и обогащался металлами, создавая галактические диски.
Другая идея, предложенная на рубеже веков, — теория слияния. Она могла появиться на Уолл-стрит, когда шла шумиха вокруг слияния AOL с Time-Warner и Exxon с Mobil. Но эти слияния ничтожны по сравнению с союзами протогалактик — сгустков беззвездного, гравитационно связанного газа, которые сформировали галактики в ранней Вселенной — и галактик различных размеров, которые позже слились воедино.
Действительно, с годами становится все более очевидным, что многие галактики, возможно, подавляющее большинство, сформировались, когда маленькие газовые облака собрались вместе, сливаясь во все более и более крупные структуры с течением времени. Этот процесс называется восходящим путем образования галактик.
«На самом деле мы еще не знаем, какой путь является доминирующим, — говорит Джон С. Галлахер III, почетный профессор Университета Висконсин-Мэдисон. «Существует сильное теоретическое предубеждение, что нужно делать маленькие вещи и увеличивать их за счет попадания в них газа или захвата их соседей. Но астрономы еще не доказали, что это основной способ, которым это происходит».
ПЕТЛИ И КАПЛИ.
Галактика NGC 1316 демонстрирует намеки на свое хаотичное прошлое. Вероятно, в результате лобового столкновения двух галактик NGC 1316 демонстрирует сильную турбулентность в своем ядре.
Однако за десятилетия астрономы накопили косвенные доказательства того, что слияния являются основным путем образования галактик.
Многочисленные изображения «глубокого поля», сделанные Хабблом, показывают далекие галактики и многочисленные каплевидные объекты, которые кажутся протогалактиками. Вероятно, это фрагменты, которые слились вместе, чтобы сформировать более крупные «нормальные» галактики, которые мы видим вокруг себя. Многие эксперты по галактикам теперь считают, что Млечный Путь мог образоваться в результате слияния 100 или более маленьких галактик с течением времени.
Вопрос о том, объединились ли галактики в виде газа, а затем начали формироваться звезды, или же звезды образовались из небольших карманов газа, а затем объединились в галактики, остается неясным. Третья возможность заключается в том, что изначально черные дыры образовались как плотные карманы материи. Затем они подметали материал вокруг себя, и галактики формировались из окружающего газа, который не всасывался черными дырами.
Всего четыре десятилетия назад астрономы считали черные дыры — области интенсивной гравитации, из которых не может выйти ни материя, ни свет — математическими причудами.