Модель слияния двух галактик образовавших Туманность Андромеды

 

_ Суперкомпьютер разгадал тайну Туманности Андромеды — ближайшей к нам крупной галактики.
При рождении она швырнула в нас два сгустка материи. И они до нас уже почти долетели.

Астрономы приоткрыли завесу тайны над происхождением ближайших к Млечному пути галактик.
И снова в решении задач галактического масштаба им помогли вычисления на суперкомпьютере.
Как известно, Млечный путь входит в скопление галактик, именуемое Местной группой. Впервые это название ввел Эдвин Хаббл, когда определял расстояния до ближайших галактик и их красные смещения.
Всего в Местную Группу входит более 40 галактик. Диаметр скопления составляет примерно 3 мегапарсека
( около 9,8 млн. световых лет ) .

Схема расположения галактик Местной Группы

_ Наиболее массивные и крупные члены группы — наш Млечный Путь и спиральная галактика Туманность Андромеды ( М31 ). Каждая из гигантских галактик окружена несколькими галактиками-спутниками.

Ряд особенностей Туманности Андромеды натолкнул ученых на мысль о том, что она могла быть образована путем слияния двух меньших галактик. К таким отличительным признакам относятся протяженный тонкий диск, включающий гигантское кольцо пыли и газа, массивное центральное утолщение ( балдж ), обширный толстый диск и мощный поток старых звезд, наблюдаемый астрономами.

Решить обратную эволюционную задачу, то есть узнать, какие процессы привели к формированию заданных параметров и распределения вещества, ученым помог суперкомпьютер. Занялись расчетами астрономы под руководством Франсуа Хаммера из Парижской обсерватории.

Представив М31 в виде 8 млн. взаимодействующих частиц, ученые «обратили» время и увидели, что туманность могла родиться от слияния двух галактик. Для расчета использовались уравнения гидродинамики, просчитывалось взаимодействие звезд, межзвездного газа, пыли и темной материи. Анализ показал, что Туманность Андромеды, в каком виде она существует сейчас, могли образовать две слившиеся галактики – одна чуть больше Млечного пути, вторая в треть его массы.

 

Оказалось, что слияние проходило в несколько этапов: первый близкий проход состоялся примерно 9 млрд. лет назад, а окончательно галактики соединились в единое целое 5,5 млрд лет назад. Астрономы из Франции уверены, что этот процесс слияния длился не менее 3,5 млрд лет.

"Такое столкновение должно было быть самым важным за всю историю Местной Группы", — сказал один из авторов исследования, астроном Франсуа Хаммье (Francois Hammer).

Столкновение галактик так перераспределило угловой момент вещества, что быстрое вращение образовало гигантский галактический диск. Кроме того, значительная часть вещества – около трети массы Млечного пути – вылетела из новой галактики в виде огромных приливных хвостов. Эти выбросы должны были состоять преимущественно из газа и лежать примерно в плоскости галактики. Учитывая то, что мы видим Туманность Андромеды почти с ребра ( под небольшим углом ), хвосты эти вполне могли быть выброшены в сторону Млечного Пути.

_ Астрономы считают, что часть выбросов из Туманности Андромеды — это главные спутники нашей галактики, Большое и Малое Магеллановы Облака. Млечный Путь удерживает обе карликовые галактики на расстоянии около 168 и 200 тыс. световых лет.

Происхождение Магеллановых Облаков до последнего времени оставалось загадкой для ученых, но по их траектории движения ранее считалось, что Магеллановы Облака сблизились с нашей галактикой относительно недавно.
Теперь авторы работы полагают, что облака могли сформироваться из одного из описанных приливных хвостов Андромеды порядка 9 млрд. лет назад. А теперь они движутся к нам с скоростью 350 километров в секунду..
То, откуда летят облака, и то, что они – единственные галактические спутники Млечного Пути неправильной формы, подтверждает идею их происхождения в туманности Андромеды.

 

Экзопланета GJ 1214b с двумя ( гипотетическими ) спутниками
( иллюстрация David A. Aguilar, CfA ).

 

 

 

_ Астрономы из Германии и США представили результаты изучения атмосферы недавно открытой «суперземли» GJ 1214b - en.wikipedia.org/wiki/ GJ_1214b.

В категорию «суперземель» входят экзопланеты массой менее десяти земных, а GJ 1214b, существование которой было подтверждено около года назад, по этому показателю превосходит нашу планету в 6,5 раза. Её радиус оценивается в 2,6 земного.

Красный карлик GJ 1214, находящийся в созвездии Змееносца примерно в 40 световых годах от нас, значительно проигрывает Солнцу как по массе, так и по радиусу. Экзопланета проходит по его диску каждые 38 часов, причём большая полуось её орбиты составляет лишь 0,0143 а. е. (около 2 млн км).

Учёные изначально предполагали, что у GJ 1214b должна быть атмосфера, так как измеренная плотность планеты оказалась невелика. Экспериментальных данных катастрофически не хватало, что привело к появлению двух разных моделей. Часть теоретиков считала, что у GJ 1214b может быть насыщенная водородом атмосфера, полученная от протопланетарной туманности (примером здесь служат ледяные гиганты — Нептун и Уран) или в период тектонической активности (если экзопланета относится к классу каменистых). Во второй модели основной составляющей атмосферы был водяной пар.

Проверить эти предположения помог спектрограф FORS «Очень большого телескопа». Проведя наблюдения транзитов планеты от 29 апреля и 6 июня этого года, во время которых часть света звезды проходила сквозь атмосферу GJ 1214b, авторы сняли спектр пропускания для диапазона длин волн 780–1 000 нм.

Полученный спектр лишён явных линий поглощения, что свидетельствует против первой модели: богатая водородом атмосфера должна иметь большую толщину, а это дало бы высокую вероятность взаимодействия излучения звезды с ней и обязательно отразилось бы на спектре.

Данные опыта при этом хорошо согласуются с моделью концентрирующейся на небольшой высоте атмосферы, более 70% массы которой составляет «тяжёлый» водяной пар. Есть, впрочем, и ещё один вариант: следы водорода в спектре могут скрываться расположенным на большой высоте слоем облаков (дымки), блокирующим излучение.

«В течение года мы должны сформулировать окончательный ответ, — заявляет один из авторов Джейкоб Бин (Jacob Bean), представляющий Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики. — Нам понадобятся лишь результаты наблюдений на бoльших длинах волн».

Коллеги г-на Бина высказываются более осторожно. «Эти данные получены при наблюдениях с Земли, а наша атмосфера сильно мешает астрономам, — говорит Кэрол Хэсвелл ( Carole Haswell ) из Открытого университета. — Работа очень интересная, но мне хотелось бы увидеть подтверждение с космических телескопов».

GJ 1214b обращается вокруг красного карлика:

GJ 1214b from Dmitriy Safin

Три модели атмосферы GJ 1214b.
Сверху: малореальный вариант водородной атмосферы большой толщины;
в центре: «тяжёлый» водяной пар; внизу: атмосфера со слоем облаков.
( Иллюстрация из журнала Nature. )

_ Полная версия отчёта опубликована в журнале Nature; препринт статьи можно скачать отсюда - eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso1047/eso1047.pdf.

Подготовлено по материалам Европейской организации астрономических исследований в Южной полусфере.