Многие из известных науке звездных галактик по мере удаления от центра заметно закручиваются по часовой стрелке или против нее, из-за чего их форма внешне часто напоминает спираль. У большинства таких объектов есть два четких симметричных спиральных рукава, но встречаются и системы с большим количеством ответвлений.
Почему галактики закручиваются в спирали: ученые изучили механизмы формирования звездных скоплений
Ученые Санкт-Петербургского государственного университета совместно с коллегами из МГУ им. М.В. Ломоносова и Пулковской астрономической обсерватории разработали новый метод изучения спиральных галактик и на примере трех из них доказали, что такие объекты могут формироваться по разным механизмам. Это доказывает, что спиральные рукава галактик, подобных Млечному Пути, устроены сложнее, чем считалось ранее.
Unsplash
Согласно современным данным, более 70% всех наблюдаемых галактик дискового типа имеют спиралевидную форму, как и Млечный Путь, в одном из спиральных рукавов которой — Орионе — расположена Солнечная система.
Модели образования галактик
Теоретики выделяют разные модели образования спиралевидных галактик. Самая известная из них — теория волн плотности в галактическом диске, которую можно описать, представив автомобильную пробку в час-пик. Отдельные машины (в галактике их роль играют звезды) въезжают и выезжают из вереницы автомобилей, образующих пробку. Однако при некоторых условиях она сама «движется» с какой-то скоростью — как волна в галактическом диске — и хорошо заметна из-за повышенной плотности (как и спирали). Такие теории строятся на основании многочисленных наблюдений в телескопы, самые современные из которых могут даже позволить увидеть подробную структуру спирали.
Альтернативный путь — численное компьютерное моделирование галактики, состоящей из частиц газа и звезд, и ее детальное изучение. Однако даже в самых современных моделях, включающих в расчеты большое количество частиц, нечасто удается получить спиральный узор, который внешне будет похож на наблюдаемый, и не разрушится за короткое (по меркам галактики) время.
Изучение спиральных галактик помогает проверить земную физику в космических масштабах, включая гравитацию, темную материю и свойства звезд. В настоящее время природа образования таких спиралей остается в общем непонятной и потому является предметом исследования астрофизиков.
Звездные узоры: исследование механизмов формирования галактик
Команда ученых из Санкт-Петербурга и Москвы на основе наблюдательных данных проверила наличие у галактик признаков, которые проявлялись бы у них в соответствии с тем или иным механизмом формирования спирального узора.
«Основная сложность состоит в том, что таких признаков на самом деле мало. Например, сценарий волн плотности предполагает постоянную угловую скорость узора ("твердотельное" вращение), а другой сценарий — ее уменьшение с расстоянием от центра (как в дисках галактик)», — объяснил Александр Марчук, старший научный сотрудник лаборатории наблюдательной астрофизики СПбГУ.
Эксперты исследовали, как вращаются спиральные рукава галактик, сосредоточившись при этом на особых зонах, где рукава и диск движутся с одинаковой скоростью, которая называется радиусом коротации. В случае, если спиральный узор вращается как единое целое, такая зона будет одна, а если разные части галактики вращаются с разной скоростью, этих зон может быть несколько или не быть вовсе.
Для более детального изучения астрофизики выбрали три галактики — одну с согласующимися измерениями таких зон, другую с «размытыми» данными по всему диску, и третью, где возможно несколько радиусов коротации. Чтобы независимо подтвердить свои гипотезы, исследователи применили сразу несколько подходов: наблюдали за движением газа внутри галактики, анализировали расположение звезд разного возраста, а также сравнили снимки в ультрафиолетовом и инфракрасном свете, разработав для этого специальную программу.
«Исследование показало, что спиральные рукава галактик устроены значительно сложнее, чем предполагалось ранее. Наш комплексный анализ, в том числе изучение движения звезд, их состава и свечения в разных диапазонах подтвердил, что все три галактики имеют разную природу спиральных узоров», — добавил Александр Марчук.
Как отмечают ученые, галактика М100 с четкими спиральными рукавами не показала признаков «волны плотности», вопреки общепринятому мнению, что в подобных ей объектах спирали должны вращаться как единое целое. В двух других галактиках (NGC3686 и NGC2403) астрофизики впервые достоверно установили наличие нескольких типов волн плотности. Так, исследование позволило найти достоверные и надежные примеры разных видов спиралей, что позволит лучше понять их природу и разработать новые методы анализа.