Столкновение галактик и последствия столкновения

Галактики нарушают законы физики

Есть веская причина полагать, что в космосе есть что-то еще, чего мы не видим. Лишь существование гипотетического вещества, названного темная материя, может объяснить, почему движение галактик, как нам кажется, нарушает законы физики.

Все галактики вращаются вокруг своего центра. И по нашим представлениям движение внешних частей галактик должно замедляться тем больше, чем дальше они находятся от этого центра. Поскольку влияние гравитации уменьшается при удалении объектов друг от друга. Но в случае с галактиками все не так. Все части галактик вращаются со скоростями, которые нельзя объяснить обыкновенной наблюдаемой картиной распределения вещества.

И если предположить, что внешние части галактик содержат большее количество материи, чем мы видим, это может объяснить наблюдаемую аномалию.

Такое объяснение в настоящее время научный мир принял за аксиому: темная материя непременно должна существовать. Потому что только это объясняет наблюдаемое движение галактик.

Проблема осталась за малым. Темная материя до сих пор не обнаружена.

По мере расширения наших знаний расширяется и наша Вселенная

В течение очень долгого времени люди действительно верили, что Земля плоская. Моряки боялись, что если они уплывут слишком далеко в океан, то окажутся за пределами края планеты. И хотя Христофору Колумбу ошибочно приписывают доказательство того, что Земля имеет форму шара, именно астрономы выяснили, что наша планета вовсе не плоская и вращается вокруг Солнца, а не наоборот.

Но даже после этого открытия, которое, по меркам того времени, было совершенно удивительным, астрономы не могли и предположить, какие находки ждали их впереди. Чем глубже могли заглядывать люди в космос, тем глубже и обширнее становилась наша Вселенная.

Для измерения расстояния в космосе нужны нестандартные методы

Здесь, на Земле, любой из нас может взять линейку или рулетку, чтобы определить, как далеко один объект находится от другого. Но как ученые измеряют расстояние от одной планеты до другой? Или, раз уж на то пошло, как далеко находятся друг от друга галактики? Ученые используют свет, который излучают определенные звезды.

Это все равно что выяснить ночью, как далеко друг от друга находятся две машины, измерив яркость фар. Чем ближе они подъедут, тем ярче будет их свет. Именно этот метод Эдвин Хаббл использовал для того, чтобы понять, что звезды, на которые он смотрел, находились за пределами нашей галактики. 

Влияние галактик спутников

Мы в соцсетях

Хотя Млечный путь является спиральной галактикой, он представляет собой не совсем идеальную спираль. В его центре имеется своеобразная выпуклость, которая появилась в результате того, что молекулы газообразного водорода вырываются из плоского диска спирали.

В течение долгих лет астрономы ломали голову над тем, почему у галактики имеется такая выпуклость. Логично предположить, что газ втягивается в сам диск, а не вырывается наружу. Чем дольше они изучали этот вопрос, тем больше запутывались: молекулы выпуклости не только выталкиваются наружу, но и вибрируют на своей собственной частоте.

Что же может вызывать такой эффект? Сегодня ученые считают, что всему виной темная материя и галактики-спутники – Магеллановы Облака. Эти две галактики очень мелкие: вместе взятые они составляют всего 2 процента от общей массы Млечного пути. Этого не достаточно, чтобы иметь на него влияние.

Однако когда темная материя движется через Облака, она создает волны, которые, очевидно, влияют на гравитационное притяжение, усиливая его, а водород под действием этого притяжения улетучивается из центра галактики.

Магеллановы Облакавращаются вокруг Млечного пути. Спиральные рукава Млечного пути под влиянием этих галактик как бы колышутся в том месте, где они проплывают.

Галактический год

На Земле год – это время, за которое Земля успевает сделать полный оборот вокруг Солнца. Каждые 365 дней мы возвращаемся в одну и ту же точку. Наша Солнечная система таким же образом вращается вокруг черной дыры, расположенной в центре галактики. Однако полный оборот она делает за 250 миллионов лет. То есть, с тех пор, как исчезли динозавры, мы сделали всего четверть полного оборота.

В описаниях Солнечной системы редко упоминается о том, что она движется в космическом пространстве, как и все в нашем мире. Относительно центра Млечного пути Солнечная система движется со скоростью 792 тысячи километров в час. Для сравнения: если бы вы двигались с такой же скоростью, то смогли бы совершить кругосветное путешествие за 3 минуты.

Период времени, за который Солнце успевает сделать полный оборот вокруг центра Млечного пути, называется галактический год. Подсчитано, что Солнце пока прожило всего 18 галактических лет.

Почему галактики сталкиваются?

В таком случае возникает закономерный вопрос: как могут галактики сталкиваться, если по принципам расширения Вселенной расстояние между ними постоянно увеличивается? Дело в том, что галактики существуют в пространстве не по отдельности. Вселенная представляет собой некую иерархию. Расположенные поблизости галактики превращаются в скопления, а те, в свою очередь, образуют сверхскопления галактик.

Сверхскопление галактик

Расширение Вселенной происходит везде одинаково, равномерно и действует оно крупномасштабно. В пределах одного скопления галактики связаны между собой гравитационным притяжением. Кроме того, они находятся сравнительно близко друг к другу – на расстоянии около пары сотен тысяч световых лет. Поэтому такие объекты могут сближаться или отдаляться, независимо от всеобщего расширения Вселенной. Из-за этого возникают столкновения галактик.

Может ли Вселенная самоуничтожиться?

WIKIMEDIA

Эдвин Хаббл первым обнаружил, что . Считалось, что внешний импульс в итоге замедлится, остановится, а затем развернется вспять. Это очень похоже на то, как если бы вы подбросили мяч в небо, он достиг определенной точки, где его преодолела бы сила тяжести, и упал вниз.

Представьте, как были удивлены ученые, когда они обнаружили, что расширение Вселенной не замедляется, а ускоряется. Это происходит из-за того, что отталкивающая гравитация темной энергии усиливается, в то время как притягивающая сила притяжения темной материи ослабляется, потому что галактики все больше отдаляются друг от друга.

Однако некоторые ученые полагают, что в какой-то момент быстрое расширение остановится и обратится вспять, сомкнувшись так же быстро, как расширялась Вселенная. Этот сценарий известен как теория Большого сжатия.

Магнитные частицы

Кроме наличия сверхмассивной всепоглощающей черной дыры, центр нашей галактики может похвастаться невероятной активностью: старые звезды умирают, а новые появляются на свет с завидным постоянством.

Не так давно ученые заметили кое-что еще в галактическом центре – поток высокоэнергичных частиц, которые простираются на расстояние 15 тысяч парсек через галактику. Это расстояние равно примерно половине диаметра Млечного пути.

Частицы невидимы невооруженным глазом, однако с помощью магнитного изображения можно заметить, что гейзеры из частиц занимают около двух третей видимой части неба:

Что же стоит за этим феноменом? Один миллион лет звезды появлялись и исчезали, питая никогда не останавливающийся поток, направленный к внешним рукавам галактики. Общий объем энергии гейзера в миллион раз превышает энергию сверхновой.

Частицы движутся с невероятной скоростью. На основе структуры потока частиц астрономы построили модель магнитного поля, которое господствует в нашей галактике.

Если ученые не видят темную материю, откуда они знают, что она есть?

 Центр космических полетов имени Годдарда НАСА, США / Flickr

Это похоже на явление «ходячих деревьев»: мы видим, как деревья самостоятельно перемещаются на некоторое расстояние, и мы точно знаем, что у них нет ног. Но должна быть какая-то причина, объясняющая их медленное передвижение. Так происходит и с темной материей. Используя метод гравитационного линзирования, ученые могут видеть, как искажается свет под влиянием темной материи.

Точно так же, как мы знаем, что гравитационное настолько велико, что выйти из них не под силу даже свету, – ученые знают, что когда темная материя создает достаточную гравитацию, она влияет на поведение сталкивающегося с ней света.

Теории

Одна из теорий утверждает, что Вселенная полна слабо взаимодействующих массивных частиц (WIMP). Это некие пока еще не найденные частицы, которые имеют массу. Но, поскольку они не взаимодействуют с другим веществом, они и не могут быть обнаружены. Все элегантно и просто.

Но, может быть, есть и другое объяснение.

Новая теория предполагает, что гравитационное поле большого тела (например, звезды) изменяется в зависимости от того, как далеко Вы находитесь от него. Но все происходит иначе, чем описывает это классическая физика. Для материи, которая находится относительно близко к объекту, гравитационное притяжение будет работать не так, как для удаленных объектов.

Эта теория предполагает наличие некого концептуального «пузыря» вокруг крупных материальных объектов. И размер этого «пузыря» пропорционален массе тела. И никакая темная материя становится не нужна.

Внутри «пузыря» гравитация ведет себя в соответствии с хорошо известными ньютоновскими принципами. Эти гравитационные эффекты мы видим на орбитах планет в нашей Солнечной системе. Но по мере удаления за границы этой области гравитация усиливается.

Причина, по которой мы до сих пор не смогли обнаружить этот эффект заключается в том, что предполагаемые расстояния огромны. Вся наша Солнечная система находится внутри области пространства, в которой гравитация описывается классическими теориями физики. Но за пределами «пузыря» все совсем по другому.

Чтобы доказать или опровергнуть эту теорию, нам нужно научиться обнаруживать эффекты переменной гравитации, которые не связаны с движением галактик.

Самое сильное столкновение галактик

Как показали исследования NASA, две группы галактик движутся навстречу друг другу со скоростью четыре миллиона миль в час, производя непостижимое тепло в результате катастрофического столкновения.

Используя рентгеновскую обсерваторию Chandra NASA, обсерваторию XMM-Newton ESA, гигантский радиотелескоп GMRT и оптические наблюдения, астрономы смогли взглянуть в глубины космического пространства на 380 миллионов световых лет от Земли с целью изучить космический феномен.

Выяснилось, что два отдельных скопления галактик движутся навстречу друг другу со скоростью 4 миллиона миль в час.

Как более крупное образование галактических скоплений, которое было названо NGC 6338, оно производит тепло свыше 20 миллионов градусов по Цельсию (температура поверхности Солнца составляет всего лишь 5 505 градусов по Цельсию).

Новые данные также показывают, что газ слева и справа от холодных ядер, а также между ними, нагревается ударными фронтами (подобно звуковым ударам, создаваемым сверхзвуковыми самолетами) из-за столкновения двух групп галактик. Такая модель нагретого до удара газа была предсказана компьютерным моделированием, но NGC 6338 может быть первым слиянием групп галактик, которое действительно продемонстрирует это. Такое нагревание предотвратит охлаждение части горячего газа с образованием новых звезд.

Видео

Источники

• https://info.wikireading.ru/14246https://info.wikireading.ru/86775https://fb.ru/article/364897/stolknoveniya-galaktik-osobennosti-posledstviya-i-interesnyie-faktyihttps://www.yandex.by/turbo?text=https%3A%2F%2Fkipmu.ru%2Fteoriya-bolshogo-vzryva%2Fhtps://ru.wikipedia.org/wiki/Столкновение_Млечного_Пути_и_галактики_Андромедыhttps://spacegid.com/stolknovenie-galaktik-3d.htmlhttps://nauka.vesti.ru/article/1164235

Планеты, похожие на Землю

Если в нашей галактике имеется более 100 миллиардов планет, сколько же из них планет, похожих на Землю? Оказывается, не так уж и много. Существуют десятки различных типов планет: газовые гиганты, планеты-пульсары, бурые карлики и планеты, на которых с неба падает дождь из расплавленного металла. Те планеты, которые состоят из каменных пород, могут располагаться слишком далеко или слишком близко к звезде, поэтому на Землю они вряд ли похожи.

Результаты последних исследований показали, что в нашей галактике, оказывается, больше планет земного типа, чем предполагалось раннее, а именно: от 11 до 40 миллиардов. Ученые взяли в качестве примера 42 тысячи звезд, похожих на наше Солнце, и стали искать экзопланеты, которые могут вращаться вокруг них в зоне, где не слишком жарко и не слишком холодно. Было обнаружено 603 экзопланеты, средикоторых 10 соответствовали критериям поиска.

Анализируя данные о звездах, ученые доказали существование миллиардов похожих на Землю планет, которые им только предстоит официально открыть. Теоретически эти планеты способны поддерживать температуру для существования на них жидкой воды, которая, в свою очередь, позволит возникнуть жизни.

Галактики и темная материя

Астрономам практически удалось подтвердить существование галактики без темной материи. Открытие ученых, помимо прочего, поднимает фундаментальные вопросы о том, как такие странные галактики вообще формируются. В ходе исследования, опубликованного на сервере препринтов arXiv, ученые использовали космический телескоп Hubble для получения новых изображений призрачной галактики NGC 1052-DF4 (или DF4 для краткости). Получив свежие данные, исследователи обнаружили самые яркие красные гиганты в этой галактике (TRGB). Поскольку все звезды TRGB светят с одинаковой яркостью при просмотре в инфракрасном диапазоне, единственное, что должно влиять на то, насколько яркими они кажутся — это расстояние до нашей планеты. Согласно результатам проведенного исследования, оно составляет 61 миллион световых лет.

Напомню, в прошлом астрономы подтвердили почти полное отсутствие темной материи в галактике NGC 1052-DF2 (DF2 для краткости). Считается, что темная материя, которую ученые пока не могут зафиксировать с помощью имеющихся инструментов, составляет около 27% всей массы Вселенной, но ее свойства по-прежнему не известны. Все дело в том, что темная материя никак не участвует в электромагнитном взаимодействии, а потому недоступна для прямого наблюдения. Электромагнитное взаимодействие существует между частицами, обладающими электрическим зарядом.

Темная материя не доступна прямому наблюдению

Неудивительно, что если убрать из уравнения темную материю, то астрономы и вовсе перестанут понимать, как будет происходить звездообразование в галактиках. Все, что они могут сказать – это то, что в начале формирования этих необычных галактик должен был существовать очень плотный газ, потому что иначе в галактиках просто не смогли бы родиться новые звезды. Галактики живы ровно до тех пор, пока в них рождаются новые звезды.

Кто знает, может быть и на этот раз ученые ошиблись

Но достаточно ли полученных результатов для того, чтобы раз и навсегда доказать, что галактики DF4 и DF2 без темной материи? Авторы работы очень на это надеются. Но в то же самое время признают, что «экстраординарные заявления требуют экстраординарных доказательств». Еще одним поводом несколько скептически отнестись к столь громкому заявлению служит недавняя история об астрономах, которые доказали существование невозможной черной дыры. Правда, после того, как исследование было опубликовано в научном журнале, позже его отозвали, так как расчеты оказались не верны. И это – абсолютно нормальная ситуация в мире увлекательных научных исследований.

Рукава галактики

Млечный путь – спиральная галактика с перемычкой, которая проходит по центру спирали. Примерно две трети всех известных галактик – спиральные, а две трети из них имеют перемычку. То есть Млечный путь входит в список самых распространенных галактик.

 Спиральные галактики имеют рукава, которые простираются из центра, как колесные спицы, которые скручиваются по спирали. Наша Солнечная система расположена в центральной части одного из рукавов, который называется рукав Ориона.

 Рукав Ориона когда-то считался небольшим «отростком» более крупных рукавов, таких как рукав Персея или рукав Щита-Центавра. Не так давно появилось предположение, что рукав Ориона действительно является ответвлением рукава Персея и не выходит из центра галактики.

 Проблема заключается в том, что мы не можем увидеть нашу галактику со стороны. Мы можем наблюдать только те вещи, которые находятся вокруг нас, и судить о том, какую же форму имеет галактика, находясь как бы внутри нее. Однако ученым удалось вычислить, что этот рукав имеет длину примерно 11 тысяч световых лет и толщину 3500 световых лет.

Как проще всего представить устройство нашей Вселенной?

Чтобы получить ясное представление о том, что происходит в нашей Вселенной, достаточно взглянуть на глобус. Представьте, что это наша Вселенная, а части суши – галактики, которые удерживает темная материя. Вода, как и темная энергия во Вселенной, составляет 70% поверхности планеты.

Теперь представьте, что глобус на самом деле становится больше, а галактики остаются прежними. Они просто отдаляются друг от друга по мере расширения Мирового океана. Таким образом, нам будет требоваться все больше и больше времени, чтобы добираться с одного острова или материка на другой – ведь они отдаляются друг от друга. Получается, темная энергия не разрывает наши планеты или галактики на кусочки, а просто обеспечивает постоянное расширение нашей Вселенной.

Охота на темную материю

Еще в начале 1970-х годов появились серьезные доводы в пользу того, что галактики помимо звезд и газа содержат так называемые темные гало. Теоретические аргументы следовали из соображений устойчивости звездных дисков спиральных галактик, наблюдательные из больших, не спадающих к краю скоростей вращения газа на далекой периферии галактических дисков (звезд там уже почти нет, и поэтому скорость вращения определяют по наблюдениям газа). Если бы вся масса галактики содержалась преимущественно в звездах, то орбитальные скорости газовых облаков, расположенных за пределами звездного диска, становились бы с расстоянием все меньше и меньше. Именно это наблюдается у планет в Солнечной системе, где масса в основном сосредоточена в Солнце. В галактиках это зачастую не так, что указывает на наличие какого-то дополнительного, массивного, а главное протяженного компонента, в чьем гравитационном поле газовые облака приобретают большие скорости.

Фриц Цвикки смог открыть невидимое

Фриц Цвикки был астрономом, проводившим исследования движения галактик в скоплении. Он пришел к выводу, что движение в этих галактиках происходит слишком быстро, чтобы оставаться в их гравитационных полях.

Это подобно катанию на карусели, которая вращается с большой скоростью: если бы не было сиденья и специальных ремней, которые удерживали вас на месте, вас бы отбросило в сторону. Цвикки знал, что единственное объяснение состоит в том, что для учета силы тяжести должно быть намного больше материи, хотя он и не мог ее видеть. Так в 1933 году Цвикки открыл и ввел термин «темная материя».

Почти 96% Вселенной состоит из невидимой темной материи и темной энергии

 1Gai.Ru /  Kurzgesagt – In a Nutshell /YouTube

Когда вы смотрите на ночное небо и видите, что на нем мерцают миллиарды звезд лишь в одной нашей галактике, – нетрудно представить, что космос немного переполнен. Особенно если добавить к числу звезд планеты, кометы и все, что «плавает» в космическом пространстве.

А потом вы обнаруживаете, что наш Млечный Путь – всего лишь одна галактика во Вселенной, заполненной миллиардами и миллиардами других галактик. И в каждой из этих галактик есть планеты и звезды, примерно похожие на наши… В этот момент приходит осознание, что Вселенная – действительно большое место.

И когда мы наивно полагаем, что можем видеть все ее составляющие, выясняется, что видимая часть Вселенной – лишь крошечный пазл всей космической картины. Остальные 96% Вселенной заполнены темной материей и темной энергией.

Темная материя удерживает все вместе

 Nasa Goddard / YouTube

Поскольку темная материя обладает огромным гравитационным эффектом, она влияет буквально на все во Вселенной. Созданная ей гравитация заставляет все содержимое космоса соединяться и образовывать галактики. Эти галактики, в свою очередь, собираются вместе с другими галактиками, образуя галактические скопления. А после того как они формируются и начинают вращаться, именно темная материя удерживает их, чтобы они не вылетели в открытое космическое пространство.

Представьте, что к веревке прикреплен теннисный мяч и вы вращаете его над головой. Мяч – это галактика, а вы – гравитация. Если бы теннисный мяч был шаром для боулинга, ваша гравитация не помешала бы ему порвать веревку и улететь в космос. Темная материя – это то, что делает эту веревку достаточно прочной, чтобы удерживать предметы на своих местах.

Что же происходит, когда сталкиваются две гигантские галактики, насчитывающие сотни миллиардов звезд?

Событие это вовсе не похоже на удар астероида о Землю. Галактика – не твердое тело, всей своей поверхностью бьющееся о встречный объект. Звезды одной из галактик легко просачиваются мимо спешащих навстречу звезд, ведь расстояния между ними в сотни миллионов раз превышают диаметр самих светил. Зато огромные массы межзвездного газа, мчащиеся навстречу друг другу, нагреваются и вспыхивают после соударения.

В их гуще начинаются термоядерные реакции. Образуются новые звезды. Они станут исчисляться тысячами, а то и сотнями тысяч. Их раскаленные массы будут излучать яркий голубой свет.

А поскольку у галактик может быть разная форма – спиральная, эллиптическая и неправильная, то их столкновения друг с другом происходят тоже по-разному.

Они могут:

• пролетать на близком расстоянии одна от другой;
• цепляться друг за друга;
• фронтально соударяться.

В результате этих взаимодействий нередко существенно меняется и внешний вид звездных скоплений. При этом таким процессам подвергается около двух процентов галактик, расположенных на относительно небольшом от Земли расстоянии.

Столкновение галактик – процесс невероятно долгий, учитывая размеры этих космических объектов. Он может занимать миллионы и даже миллиарды лет. Естественно, ученым никогда не удастся наблюдать за процессом от начала до конца. Поэтому на помощь астрономам приходит вычислительная техника. Современные компьютеры позволяют воссоздать процесс, ускоренный в тысячи и тысячи раз

Самое близкое столкновение галактик

Так, в созвездии Ворона, на расстоянии в 63 миллиона световых лет от Земли, находится самая близкая к нашей планете пара сталкивающихся звездных скоплений NGC4038 и NGC4039, более известных как «Антенные» галактики. Связано такое название с тем, что к ним примыкают длинные, состоящие из газа и звезд, лентовидные образования, напоминающие две антенны.

Детальные исследования этих двух галактик выявили в них более тысячи возникших в недавнем прошлом шаровидных звездных скоплений, в каждом из которых – до миллиона солнц. При этом эти шаровидные образования довольно молоды: их возраст – около сотни миллионов лет. Образовались же они под влиянием приливных сил, появившихся в ходе сближения двух галактик.

Впрочем, следует указать, что силы тяготения во время столкновения звездных систем существенной роли не играют. Более важными являются гравитационные взаимодействия отдельных участков галактик: две близко расположенные области притягивают друг друга значительно сильнее, чем те, которые находятся на отдаленном расстоянии одна от другой.

Изменение взаимодействующих галактик

В результате гравитации возникают приливные силы, растягивающие галактики в длину или же изгибающие их. Причем происходят подобные изменения в форме звездных островов даже тогда, когда они лишь проносятся на близком расстоянии друг от друга, не приходя в непосредственное соприкосновение.

А вот что произойдет с формой галактик при их столкновении, зависит как от геометрии удара, так и от скорости, с которой он совершается:

• если галактики сближаются со скоростью 200 километров в секунду, они обычно сливаются, словно две капли жидкости;
• когда скорость столкновения достигает 600 километров в секунду, то звездные острова проходят сквозь друг друга, как два призрака;
• если сближение происходит при скорости в 1000 километров в секунду, галактики разлетаются на осколки, как столкнувшиеся стеклянные шары.

В процессе взаимодействия галактик меняется не только их форма, но и происходят разнообразные перемещения облаков газа и пыли. А это – огромный объем вещества: например, в спиральных системах его количество составляет до 20 процентов их видимой массы. Впоследствии, уплотняясь под воздействием приливных сил, эти облака формируют новые звезды.

В настоящее время 1–2 % всех галактик сталкиваются или сливаются друг с другом. В далеком прошлом эти коллизии случались гораздо чаще, потому что размеры Вселенной были меньше и галактики располагались ближе друг к другу.

Подходы и методы исследования частиц темной материи

Из чего состоит Вселенная

На данный момент ученые всего мира всячески пытаются обнаружить или получить искусственно в земных условиях частицы темной материи, посредством специально разработанного сверхтехнологичного оборудования и множества различных научно-исследовательских методов, но пока все труды не увенчиваются успехом.

Один из методов связан с проведением экспериментов на ускорителях высокой энергии, широко известных как коллайдеры. Ученые, считая, что частицы темной материи тяжелее протона в 100-1000 раз, предполагают, что они должны будут зарождаться при столкновении обычных частиц, разогнанных до высоких энергий посредством коллайдера. Суть другого метода заключается в регистрации частиц темной материи, находящихся повсюду вокруг нас. Основная сложность регистрации данных частиц состоит  в том, что они проявляют очень слабое взаимодействие с обычными частицами, которые по своей сути для них являются как бы прозрачными. И все же частицы темной материи очень редко, но сталкиваются с ядрами атомов, и имеется определенная надежда рано или поздно все же зарегистрировать данное явление.

Существуют и другие подходы и методы исследования частиц темной материи, а какой из них первым приведет к успеху, покажет лишь время, но в любом случае открытие этих новых частиц станет важнейшим научным достижением.

Субстанция, обладающая антигравитацией

Распределение энергии во Вселенной

Темная энергия представляет собой еще более необычную субстанцию, чем та же темная материя. Она не обладает способностью собираться в сгустки, в результате чего равномерно распределена абсолютно по всей Вселенной. Но самым необычным ее свойством на данный момент является антигравитация.

Природа темной материи и черных дыр

Благодаря современным астрономическим методам имеется возможность определить темп расширения Вселенной в настоящее время и смоделировать процесс его изменения ранее во времени. В результате этого получена информация о том, что в данный момент, так же как и в недалеком прошлом, наша Вселенная расширяется, при этом темп этого процесса постоянно увеличивается. Именно поэтому и появилась гипотеза об антигравитации темной энергии, так как обычное гравитационное притяжение оказывало бы замедляющее воздействие на процесс «разбегания галактик», сдерживая скорость расширения Вселенной. Данное явление не противоречит общей теории относительности, но при этом темной энергии необходимо обладать отрицательным давлением – свойством, которым не обладает ни одно из известных на данный момент веществ.

Кандидаты на роль «Темной энергии»

Масса галактик в скоплении Абель 2744 составляет менее 5 процентов от всей его массы. Этот газ настолько горячий, что светит только в рентгеновском диапазоне (красный цвет на этом изображении). Распределение невидимой темной материи (составляющей около 75 процентов от массы этого кластера) окрашено в синий цвет.

Одним из предполагаемых кандидатов на роль темной энергии является вакуум, плотность энергии которого остается неизменной в процессе расширения Вселенной и подтверждает тем самым отрицательное давление вакуума. Другим предполагаемым кандидатом является «квинтэссенция» — неизведанное ранее сверхслабое поле, якобы проходящее через всю Вселенную. Также имеются и другие возможные кандидаты, но не один из них на данный момент так и не поспособствовал получению точного ответа на вопрос: что же такое темная энергия? Но уже сейчас понятно, что темная энергия представляет собой что-то совершенно сверхъестественное, оставаясь главной загадкой фундаментальной физики XXI века.

Темная материя и гравитационное линзирование

Один из способов сделать это – изучить эффект гравитационного линзирования галактик. Гравитационное линзирование – это изменения траектории света, проходящего рядом с массивным объектом. Чем массивнее объект, тем больше наблюдаемое отклонение. Если галактики действительно более массивны, чем кажутся, из-за того что в них присутствует темная материя, эффект линзирования будет отличаться от подобного для галактик без нее.

Теория, конечно, довольно спорная. Но, в любом случае, у ученых появилось альтернативное объяснение видимым аномалиям в свойствах галактик. Ведь само существование некой материи, невидимой для современных средств наблюдения, выглядит не менее экзотично.

В поисках пропавших карликов

Сценарий иерархического скучивания предсказывает, что в гало больших спиральных галактик, вроде нашей, должны существовать сотни «мини-ям», служащих зародышами карликовых галактик-спутников. Отсутствие такого количества небольших спутников создает некоторые трудности для стандартной космологии. Однако не исключено, что все дело просто в недооценке реального числа карликовых галактик. Именно поэтому так важен их целенаправленный поиск. С появлением больших цифровых обзоров неба, хранящихся в специальных электронных архивах и доступных всем желающим, астрономы все чаще ведут такой поиск не на небе, а на экране монитора.

В 2002 году команда исследователей под руководством Бет Вилман начала поиск неизвестных спутников Млечного Пути в Слоуновском цифровом обзоре неба. Поскольку поверхностная яркость у них ожидалась очень низкая в сотни раз слабее ночного свечения атмосферы, искать решили участки неба со статистически значимым избытком далеких красных гигантов ярких звезд, находящихся на завершающей стадии своей эволюции. Первый успех пришел в марте 2005 года. В созвездии Большой Медведицы на расстоянии 300 тысяч световых лет от нас была открыта карликовая сфероидальная галактика. Она стала тринадцатым спутником Млечного Пути, причем с рекордно низкой светимостью вместе все ее звезды излучают как один сверхгигант, например Денеб ярчайшая звезда в созвездии Лебедя. Обнаружить эту галактику удалось на пределе возможностей метода. Чрезвычайно урожайным на спутники нашей Галактики оказался 2006 год, когда двумя другими командами исследователей было открыто сразу семь карликовых сфероидальных галактик вокруг Млечного Пути. И это, по-видимому, не предел.

Итак, галактики вырастают из маленьких систем, которые через множественные слияния образуют большие. Одновременно с процессом слияния происходит «осаждение» (аккреция) газа и маленьких галактик-спутников на большие галактики. Пока до конца неясно, в какой степени оба эти процесса определяют современный взрослый вид галактик хаббловские типы.

Но и после взросления галактики продолжают меняться. С одной стороны, изменения вызываются гравитационными взаимодействиями между ними, которые могут даже приводить к смене типа галактики, а с другой медленными процессами динамической эволюции уже вполне сформировавшихся объектов. Например, звездные диски спиральных галактик подвержены разного рода неустойчивостям. В них могут самопроизвольно образовываться бары«перемычки», при посредстве которых газ эффективно «сгоняется» в центральные области галактик, что ведет к перераспределению вещества в системе. Сами бары также медленно эволюционируют растут как в длину, так и в ширину. Да и сама спиральная структура галактики это результат действия неустойчивости.

Когда-то Хаббл разделил галактики следующим образом. Эллиптические были отнесены к ранним типам, а линейка спиральных ко все более и более поздним. Возможно, из-за этого «камертону Хаббла» придавали эволюционный смысл. Однако динамическая эволюция галактик идет, скорее, в обратном направлении от поздних типов к ранним в сторону медленного роста центральной сфероидальной подсистемы балджа. Но так или иначе все три процесса слияния, аккреции и медленной вековой эволюции ответственны за внешний вид галактик. Многое в этой картине мы уже понимаем, но еще больше нам предстоит узнать и понять.

Наталья Сотникова, кандидат физико-математических наук

• «Курица» или «яйцо»?
• Анатомия великой спирали