Столкновение галактик - самый грандиозный процесс во Вселенной

Столкновение галактик: какое действо во Вселенной сравнится по масштабности и зрелищности с этим? И хотя для отдельных сталкивающихся галактик мы можем воочию наблюдать лишь отдельные "кадры" из этого, растянутого на сотни миллионов лет "фильма", зрелище от этого не становится менее впечатляющим.

Но что же это по сути, столкновение галактик? Что это за процесс, который как считается, может приводить к рождению объектов и явлений совершенно нового типа - квазаров, радиогалактик, сверхмощных источников инфракрасного излучения, гамма-всплесков и т.д.? - Катастрофа, армагеддон, конец света местного масштаба? Или просто красочный и безобидный фейерверк на небе?

33 фото + 1 видео

Две сталкивающиеся спиральные галактики NGC 6050 и IC 1179 в галактическом скоплении Геркулеса.
485 млн. св. лет от Земли.

Ещё сто лет назад о галактиках практически ничего не было известно. Большинство астрономов того времени были уверены, что Вселенная состоит из единственной галактики — Млечного Пути.
Между учеными шли споры, что же представляют из себя многочисленные туманные пятнышки, разбросанные по всему небу? - Скопления газа, светящиеся пылевые облака или, как предполагал еще в конце XVIII века В.Гершель, огромные звездные острова, подобные Млечному Пути?

Споры разрешились в 1923г. с открытием Эдвина Хаббла, которое фундаментальным образом изменило научное видение Вселенной.

Наблюдая в 2,5-метровый телескоп Хукера в обсерватории Маунт-Вилсон за несколькими спиральными туманностями, включая Туманность Андромеды и Треугольник, он выяснил, что эти туманности расположены слишком далеко, чтобы быть частью Млечного Пути. (Первые грубые расчеты для туманности Андромеды уже дали расстояние в 800 000 св. лет.)
Так стало понятно, что это отдельные галактики, расположенные далеко за пределами нашей собственной.

Вселенная внезапно стала намного больше, чем тогда думали люди. Впоследствии и вовсе стало понятно, что наблюдаемая Вселенная - это прежде всего мир галактик.

Спиральная галактика NGC 4911 в крупном скоплении Волосы Вероники, насчитывающее более 1 000 галактик на расстоянии 320 млн. св. лет.
Галактики в этом скоплении настолько плотно упакованы, что подвергаются частым взаимодействиям и столкновениям.

В первые десятилетия ХХ века с появлением крупных телескопов, удается наблюдать и фотографировать уже десятки тысяч галактик. Эллиптические, спиральные, неправильные - их миллионы и миллиарды.
Чтобы их как-то рассортировать, Э. Хаббл в 1925 г. предлагает свою классификацию галактик, основанную на их видимой форме. С некоторыми уточнениями, она дошла и до наших дней.

Вот как написал о системе Хаббла известный астроном Вальтер Бааде:
«Я использовал её 30 лет, и хотя упорно искал объекты, которые нельзя было бы уложить в хаббловскую систему, их количество оказалось столь ничтожным, что я смогу пересчитать их по пальцам».

Последовательность галактик Хаббла или «камертон Хаббла»

Неправильные или иррегулярные галактики стоят тут несколько особняком. Поначалу астрономы уделяли внимание лишь "нормальным" галактикам с четко выделенной структурой - спиральным, эллиптическим и даже неправильным. Но среди неправильных ученые вдруг стали замечать и вовсе каких-то уродцев совершенно диких видов и форм.

У "уродцев" наблюдались сильные искажения спиральных рукавов, нередко были видны тонкие хвосты и перемычки или же общая газовая оболочка. Порой такие галактики образовывали настоящие гнезда, в которых трудно было разделить части отдельных систем.

Их относили скорее к казусам, а то и вовсе к "бракованным изделиям природы". Этот своеобразный галактический "мусорный ящик", содержал примерно 7-8% всех наблюдаемых галактик.

NGC 6621(справа) и NGC 6622 (слева) - пара галактик с сильно вытянутым хвостом.
Созвездие Дракон, примерно в 300 млн. св. лет от Земли.

ESO 148-2 - объект, напоминающий сову в полете. Ядра двух отдельных галактик видны в центре изображения, а два огромных крыла - это хвосты звезд и газа, простирающиеся на сотни тысяч световых лет.

Самая яркая из известных инфракрасных галактик. Около 600 млн. св. лет от Земли.

Галактики "Мышки", (прозванные так за длинные хвосты) или NGC 4676 — две спиральные галактики в созвездии Волосы Вероники, около 290 млн. св. лет.

Галактика "Головастик" или UGC 10214, около 420 млн. св. лет в созвездии Дракон.

(На этом фото ещё 6 000 галактик!)

ESO 255-7 - четыре галактики, заключенные в общую дугообразную оболочку.
Верхняя часть этого "гнезда" выглядит почти как одна галактика, но на самом деле имеет две составные галактики.
Около 550 млн. св. лет от Земли, созвездие Корма.

На заре исследований галактик считалось, что они формируются и эволюционируют практически в полной изоляции, без всякого контакта друг с другом. Наблюдаемое же разнообразие форм и свойств галактик относили за счет разных начальных условий на стадии их формирования.

Однако, впоследствии выяснилось, что очень часто галактики объединяются в пары, группы и скопления с себе подобными. (Еще В.Гершель обнаружил, что многие туманности входят в состав двойных и кратных систем.)

Э.Хаббл и В.Бааде даже держали пари на 20 долларов, кто первый докажет, что найденная им галактика - одиночная. Пари никто не выиграл, так как всегда по соседству оказывалась другая, которая могла быть физически связанным спутником.

Arp 273 или пара UGC 1810 - UGC 1813.
Здесь бОльшая галактика имеет массу примерно в 5 раз превышающую массу меньшей галактики.

Созвездие Андромеды, около 300 млн. св. лет от Земли.

Оказалось, что галактики взаимодействуют между собой!
Движущей силой этих галактических взаимодействий является гравитация.

Именно гравитация заставляет галактики удерживаться вместе, преодолевая расширение Вселенной и за счет взаимного притяжения обращаться вокруг общего центра.

В нашу Местную группу входит более 50-ти гравитационно связанных галактик. И все они в той или иной степени взаимодействуют друг с другом, а в далеком будущем и вовсе сольются в одно образование.

Секстет Сейферта в созвездии Змеи, 190 млн. св. лет.
Это четыре сталкивающихся галактики и две фоновые.

Каждая галактика имеет протяженность около 35 000 св. лет. Галактики в секстете Сейферта будут продолжать взаимодействовать ещё сотни миллионов лет и, в конечном счете все четыре могут объединиться и образовать единую большую галактику.

Взаимодействие галактик - один из наиболее сложных процессов во Вселенной, в который вовлечены объекты невообразимых размеров и которые длятся миллионы и миллиарды лет.

Взаимодействующие галактики начали систематически наблюдать в 50-е годы. А в 1959 г. Б. А. Воронцов-Вельяминов - первый исследователь пекулярных (т.е. необычных, особенных) галактик и, практически открывший взаимодействующие галактики как класс, издает первый "Атлас и каталог взаимодействующих галактик".

Две галактики, столкнувшиеся друг с другом около 100 миллионов лет назад.
Здесь галактика NGC 1409 (справа) занимается выкачиванием вещества из NGC 1410 (слева). Темная лента посередине снимка - это материя, протяженностью 20 000 св. лет, перетекающая из одной галактики в другую. Такой своеобразный трубопровод. Астрономы подсчитали, что NGC 1409 потребил всего около миллиона солнечных масс газа и пыли своего соседа.

Галактики сольются еще через 200 миллионов лет.

Гравитационно взаимодействовать галактики могут по разному - они могут пролетать мимо друг друга на близком расстоянии или зацеплять одна другую. При этом сила взаимного тяготения таких скоплений нередко существенно изменяет их внешний вид - растягивает спирали галактик или изгибает их.

Все это случается даже тогда, когда звездные системы проходят на близком расстоянии друг от друга, не соударяясь.

ESO 77-14 - пара галактик одинакового размера.
Приливные силы деформировали первоначально плоские диски галактик и вытянули из них длинные хвосты пыли и газа.

Но с самыми фатальными последствиями для галактик происходят их фронтальные соударения.

Что произойдет при столкновении галактик, зависит и от геометрии удара, и от скорости, на которой совершается удар.
При скорости сближения 200 км/с системы чаще всего сливаются, при 600 км/с они проходят сквозь друг друга, как два привидения. А если сближение идет со скоростью до 1 000 км/с, галактики разлетаются в клочья.

ESO 593-8 - впечатляющая пара сталкивающихся галактик в созвездии Стрельца, около 650 млн. св. лет от Земли.

Галактика Колесо Телеги - редкое и впечатляющее лобовое столкновение между двумя галактиками. (500 млн. св. лет от Земли, созвездие Скульптор.)

200 млн. лет назад это была обычная спиральная галактика, пока в ее центр не врезалась меньшая (возможно, одна из двух мини-галактик слева от кольца.)

Возникшая ударная волна, расширяясь на скорости порядка 320 000 км/ч, захватила с собой газ и пыль, создав области активного звездообразования (синеватое кольцо) вокруг центральной яркой части. Кольцо содержит как минимум несколько миллиардов новых звёзд.

Аrp 148 или объект Мейалла - ещё одна "лобовуха" (созвездие Большой Медведицы, около 500 млн. св. лет.)

Здесь спиральная галактика (PGC 33423, удлиненная), приближаясь справа, прошла почти непосредственно через центр другой галактики, удалив большую часть ее ядра и вызвав волну звездообразования.
В результате образуется галактика в форме кольца, шириной от 50-55 тысяч св. лет и длиннохвостый спутник, размером около 45 тысяч св. лет.

Одним из наиболее интересных аспектов столкновений галактик является тот факт, что большая часть звезд отнюдь не сталкивается друг с другом. - Слишком велики расстояния, разделяющие звезды. Как правило, звезды в галактиках удалены друг от друга на дистанции, в сотни миллионов раз превышающие их собственный диаметр.
Вероятность столкновения отдельных звездных систем во взаимодействующих галактиках - исчезающе мала.

NGC 6052 - пара сталкивающихся галактик (созвездие Геркулес, 230 млн.св. лет.)
Даже в таком "замесе" большинству звезд ничего не угрожает.

При столкновениях галактик — огромных космических объектов, задействуется огромная же энергия и перемещаются огромные массы вещества.

Энергия столкновения двух объектов с массами порядка триллиона солнечных масс (галактика Андромеда) или 2×10^42 кг с типичными относительными скоростями около 300 км/с, составит порядка 10^53 Дж. Эта энергия эквивалентна энергии примерно миллиарда сверхновых.

Система из пары галактик NGC 3690, которые столкнулись около 700 миллионов лет назад. В результате этого взаимодействия система подверглась сильному взрыву звездообразования.
Также за последние пятнадцать лет наблюдений во внешних областях галактики зафиксировано шесть сверхновых! (Последняя сверхновая в Млечном Пути наблюдалась в 1680 г.)

Столкновения галактик могут завершаться их полным слиянием. Слияния галактик - это считай, динамические катастрофы, которые полностью перестраивают галактики с образованием, в конечном итоге, общего ядра.

При этом энергии орбитального движения галактик преобразуются в энергию внутренних движений звёзд. - Звезды "забывают" свои старые орбиты и их упорядоченное вращение в плоскости диска (если это были спиральные галактики) сменяется на случайное, хаотичное.

В финальной стадии слияния две группы звезд из спиральных галактик, как правило, создают одну гигантскую эллиптическую галактику.

Галактики Антенны NGC 4038-4039 - сливающаяся пара галактик, начавшая взаимодействовать несколько сотен миллионов лет назад.

Оранжевые пятна слева и справа от центра изображения являются двумя ядрами исходных галактик.
Антенноподобные «рукава», простирающиеся далеко от ядер двух галактик - это приливные хвосты, сформировавшиеся во время первоначального столкновения галактик около 200–300 миллионов лет назад.

Часть звезд и вовсе выбрасывается за пределы взаимодействующих галактик, становясь изгоями и скитальцами в межгалактическом пространстве.

Однако, крупные скопления, выброшенных вон звезд, могут образовывать молодые звездные суперкомплексы массой до миллиарда масс Солнца. Их в конце концов признали новорожденными карликовыми галактиками, и сейчас уже выделен целый класс таких галактик — «приливные карлики». Это единственный тип галактик, про который все согласились, что в них нет темной материи.

Галактика Водоворот или М51 в созвездии Гончие Псы.
Ближайшая к нам взаимодействующая галактика в 23 млн. св. лет.
Состоит из большой спиральной галактики NGC 5194, на конце одного из рукавов которой находится галактика-карлик NGC 5195.

Имеет значение и относительные размеры взаимодействующих галактик.
БОльшие из них поглощают более мелкие, разрывая их на части и забирая звезды. Это явление получило название "галактического каннибализма".

Характерный пример - взаимодействие крупной галактики со своими спутниками-карликами. В какой-то момент спутник подходит слишком близко к гиганту и попадает в точку, где гравитация захватывает его и вовлекает в один из спиральных рукавов «убийцы-каннибала».

Ученые полагают, что Андромеда в своем прошлом поглотила как минимум одну галактику, а Млечный Путь в настоящий момент находится в процессе слияния с несколькими карликовыми галактиками (например, с Карликовой эллиптической галактикой в Стрельце).

Галактика Андромеды с самые крупными спутниками - M32 и M110.
Расчёты показывают, что М32 в недавнем прошлом, возможно, являлась большой спиральной галактикой. Но 2 млрд. лет назад она столкнулась галактикой Андромеды, а остатки погибшей галактики теперь вращаются вокруг Андромеды в виде маленькой галактики-спутника М32

Эта пара взаимодействующих галактик состоит из NGC 5754, - большой спирали справа, и NGC 5752, - меньшего спутника в нижнем левом углу изображения.
Созвездие Волопас, около 200 млн. св. лет.

В некоторых случаях маленький спутник гигантской галактики (при пересечении их взаимных траекторий) может и не слиться с большой системой. - Если обе звездные системы сохраняют достаточного импульса, чтобы продолжить свое движение после столкновения, они не сливаются.

Предположительно 2 млрд. лет назад наши спутники Магеллановы Облака прошли сквозь гало Млечного Пути. Сейчас мы связаны с ними длинной газовой лентой, называемой Магеллановым Потоком который продолжает оттягиваться притяжением нашей Галактики. Массу газа в Потоке оценивают в 100 млн. солнечных.

Arp 87, состоящий из большой галактики NGC 3808 (справа) и её спутника NGC 3808A (слева).
Созвездие Льва, примерно 300 млн. св. лет от Земли.

Если для большинства звезд во взаимодействующих галактиках все проходит безболезненно и даже незаметно, то о массах галактического газа и пыли этого не скажешь.

Дело в том, что облака водорода в «спокойных» галактиках со временем становятся гравитационно устойчивыми: их внутреннее давление компенсирует силу сжатия самогравитации. Такие гигантские облака могут находиться в равновесии миллиарды лет, и нужно какое-то внешнее воздействие, чтобы вывести их из состояния равновесия и запустить звездообразование.

И это внешнее воздействие - приливные силы во взаимодействующих галактиках. Они не только искажают формы галактик, но и приводят в движение облака газа и пыли, которые, например, в спиральных системах составляют до 20 % их видимой массы.
Эти облака уплотняясь и разогреваясь под действием гравитации, дают жизнь новым звездам.
(Голубым цветом на многих фото обозначены как раз области звездообразования)

Arp 194 - взаимодействующая группа содержит несколько галактик, а также «космический фонтан» из новообразованных звезд, газа и пыли, простирающийся на 100 000 св. лет.
Этот «фонтан» содержит миллионы горячих и массивных молодых голубых звезд.

В сталкивающихся галактиках, испытывающих не просто "гравитационное", а прямое физическое столкновение на больших скоростях, процесс рождения звезд идет ещё интенсивнее. - Светимость взаимодействующей галактики поэтому за немногие миллионы лет многократно усиливается.

Группа галактик Хиксон 31.
Эти четыре сталкивающиеся карликовые галактики, впoлнe вoзмoжнo, через миллиард лет сольются в oдну бoльшую эллиптичecкую галактику.

Три caмые яpкие гaлaктики cтaлкивaютcя oкoлo лeвoгo кpaя, a сферическая гaлaктикa (в нижнем правом углу) coeдиняeтcя c ними мocтoм молодых звeздных скоплений.

Paзмep кoмпaктнoй гpyппы Xикcoн 31 – oкoлo 150 тыcяч cв. лeт. Сoзвeздие Эpидaнa, около 150 млн. cв. лeт от Земли.