Размеры Земли по сравнению с окружающим её миром звёзд, галактик и их скоплений непередаваемо малы. Продолжительность человеческой жизни столь же очевидно несопоставима с колоссальными по длительности процессами, происходящими во Вселенной. Но современная наука на основании массива данных о многообразии составляющих её объектов способна реконструировать процессы и явления, далеко выходящие за рамки возможностей человека как наблюдателя. Одним из таких процессов является взаимодействие галактик. Разнообразные метаморфозы, происходящие с ними после их столкновения, проливают свет на самые загадочные компоненты структуры Вселенной.

Галактика Андромеда

СТОЛКНОВЕНИЕ ГАЛАКТИК

    Пространственная организация объектов во Вселенной иерархична. Солнечная система располагается около центральной части плоскости диска нашей галактики - Млечного Пути. Расстояние от Солнца до её ядра составляет примерно 8 тыс. парсек (парсек - единица измерения в астрономии, равная 3,26 световых года, световой год - расстояние, которое преодолеет свет за один год). Окрестность Солнечной системы носит название Местного межзвездного облака (ММО), куда входят ближайшие к нам звёзды и звёздные системы, такие как Альфа Центавра, Сириус, Альтаир, звезда Бернарда и т. д. Размеры окрестности - около 35-40 световых лет. Известно, что Солнечная система непрерывно движется сквозь ММО и приблизительно через 10 000 лет выйдет из него. Местное облако, в свою очередь, входит в состоящую из нашей галактики и её спутников подгруппу Млечного Пути, размеры которой на порядки больше - около 500 000 световых лет. Данная подгруппа вместе с тремя основными, наиболее крупными галактиками - Туманностью Андромеды, Туманностью Треугольника да нашим Млечным Путём - и более чем пятью десятками «галактик-карликов» гораздо меньших размеров входит в так называемую Местную группу размерами около 4-6 млн световых лет. Она является составной частью Местного сверхскопления, называемого также Сверхскоплением Девы. Его размеры ещё более невообразимы и составляют около 150 млн световых лет. В конце концов, Сверхскопления образуют крупномасштабную структуру Вселенной (КСВ) - фактически наибольшую ступень иерархии составных частей окружающего мира, которую только способно наблюдать человечество на современном этапе развития. Количество сверхскоплений в КСВ, ограниченных 1 млрд световых лет, насчитывает более сотни, а число галактик в её рамках исчисляется многими миллионами.

МЕСТНОЕ МЕЖЗВЕЗДНОЕ ОБЛАКО

МЕСТНАЯ ГРУППА ГАЛАКТИК

На данном изображении представлено так называемое Скопление Девы, состоящее из, приблизительно, 1300-2000 галактик и представляющее собой сердце Местного сверхскопления галактик. Наиболее удаленным объектом этой галактической системы, достигающей размера около 200 миллионов световых лет, является местная группа галактик, включающая в себя Млечный Путь. На фото можно видеть рассеянный свет, заполняющий межгалактической пространство скопления. Верхняя часть изображения соответствует северу, а левая сторона – востоку. Темные пятна – это области, с которых были удалены яркие звезды, загораживающие просмотр. Гигантская эллиптическая галактика M87 (Messier 87, расположена снизу и слева) – является крупнейшей в Скоплении Девы. Скопление, в основном, состоит из спиральных и эллиптических галактик.

СВЕРХСКОПЛЕНИЕ ДЕВЫ

Сверхскопление Девы по центру.

КРУПНОМАСШТАБНАЯ СТРУКТУРА ВСЕЛЕННОЙ

    Таким образом, на примере местоположения Млечного Пути можно охарактеризовать пространственное положение подавляющего большинства остальных галактик наблюдаемой Вселенной. Галактики, входящие в группы и скопления, образуют сверхскопления - составную единицу крупномасштабной структуры Вселенной.
    Помимо звёзд, их скоплений, межзвёздного газа и пыли существует ещё одна таинственная субстанция - так называемая тёмная материя. Но вести за ней прямое наблюдение современными методами не представляется возможным - она не испускает электромагнитного излучения, которое способно зарегистрировать оборудование на Земле. Однако тёмная материя создаёт гравитационный эффект, отражающийся на изменениях поведения видимых объектов во Вселенной. Изгибы плоскостей дисков галактик, аномальные скорости движения периферийных областей - всё это указывает на факт её существования. Располагается она в так называемом галактическом гало - невидимой части галактики сферической формы, выступающей за её границы на 15-20 тыс. световых лет. Иными словами, гало - огромная сфера, а делящая её на две части плоскость - диск галактики.

СФЕРА ВОКРУГ МЛЕЧНОГО ПУТИ

    Выдающийся астроном Эдвин Пауэлл Хаббл (1889-1953) в ходе анализа более чем тысячи галактик в 1925 г. создаёт их классификацию, названную «Последовательностью Хаббла» или «Камертоном Хаббла» из-за схожести формы с известным инструментом. В ней по визуальному признаку галактики подразделяются на три основных морфологических типа.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ХАББЛА

    Первый из них носит название эллиптических галактик. Они имеют овальные или почти округлые формы, без выраженного утолщённого ядра или центра. В зависимости от величины эксцентриситета они имеют обозначения от Е0 до Е7.
    Ко второму типу относятся галактики, называемые спиральными. Они состоят из центральной, сильно утолщённой части, называемой балджем, и диска, формирующегося из спиральных рукавов. Часто встречаются галактики не с балджами, а с перемычками, или барами, - также с расположенными в центре вытянутыми скоплениями, от которых расходятся спиральные рукава. Спиральные галактики с балджем обозначаются, в зависимости от формы рукавов, как Sa, Sb, Sc, а галактики с баром, с той же зависимостью, - SBa, SBb, SBc.
    Наконец, третий тип составляют иррегулярные галактики, или галактики неправильной формы, которые обозначаются индексом Irr.
    Иногда к вышеперечисленным добавляется и четвёртый тип - нечто среднее между эллиптическими и спиральными. В ходе эволюции такого рода галактики, именуемые линзовидными (S0), утратили большую часть своих звёзд, звёздных облаков, межзвёздного газа, пыли, и визуально определить, из какой конкретной формы они образовались, довольно трудно.
    Из известных науке галактик каждая вторая относится к спиральным. Следом по частоте встречаемости идут эллиптические - их около четверти. Пятую часть от изученных галактик составляют линзовидные, а иррегулярных меньше всего - около 5 %. Имеются различные предположения, объясняющие происхождение одних типов галактик посредством взаимодействий с другими. Представление об абсолютном количестве имеющихся типов в различных частях Вселенной важно для астрономии, так как даёт возможность проанализировать общий процесс её эволюции с самого момента рождения - Большого Взрыва.


    Результаты взаимодействий и слияний галактик поражают своим разнообразием. Это одни из наиболее сложных процессов во Вселенной, в которые вовлечены объекты невообразимых размеров и которые длятся миллионы и миллиарды лет. Объектом пристального изучения они стали со второй половины XX столетия. Так, крупнейший советский астроном Борис Александрович Воронцов-Вельяминов, изучая записи наблюдений великого английского учёного Уильяма Гершеля (1738-1822), в которых приводились примеры «кратных туманностей», в 1959 г. создаёт «Атлас и каталог взаимодействующих галактик». Примерно в это же время вопросами внегалактической астрономии, в том числе и скоплениями галактик и их взаимодействием, занимаются выдающиеся астрономы Эрик Бертиль Хольмберг, Фриц Цвикки, Хэлтон Кристиан Арп. В частности, Э. Хольмберг определил вероятности существования одиночных галактик и их скоплений. Ф. Цвикки, занимаясь закономерностями пространственной структуры, пришёл к заключению, что в галактическом пространстве необходимо обозначить существование некой не поддающейся наблюдениям скрытой массы. X. Арп является автором «Атласа пекулярных галактик», о котором говорилось выше.

КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

    Понятие «взаимодействующих галактик» начинает интересовать многих учёных-астрономов и космологов, так как их изучение может дать ответы на механизмы формообразования и эволюции галактических систем. В настоящее время благодаря созданию мощнейших компьютеров становится возможным создание реалистичных моделей слияний, включающих в себя до 10 млрд точек, имитирующих звёзды. При последующем анализе слияний были подтверждены предположения Алара Тумре, сделанные ещё в 1970-х гг., о том, что эллиптические галактики, вероятно, были образованы благодаря слиянию спиральных. Как считают учёные, процессы межгалактического взаимодействия занимают значимое место среди факторов эволюции галактик.


    Согласно современным представлениям, взаимодействие галактик, их групп и скоплений происходит за счёт гравитационных приливных сил, обуславливаемых существованием тёмной материи. Именно подобного рода взаимным влиянием можно объяснить морфологическое строение и особенности форм большинства галактик. Взаимодействовать между собой могут не только отдельные галактики, но и их группы. Например, сравнительно недавно было установлено, что огромное скопление Эль Гордо, расположенное в 7 млрд световых лет от нас, состоит из двух скоплений поменьше, сталкивающихся между собой со скоростью свыше 2 млн км/ч. Следует отметить, что в ближайшей к нам области Вселенной взаимодействующих галактик меньше, чем в некоторых отдалённых её частях.
    Однако не следует воспринимать процесс столкновения буквально, как, например, обычно в кинематографических лентах изображают столкновение Земли с астероидом. Галактики, а тем более их скопления, являются настолько крупными объектами, что отношение размера звёзд и среднего расстояния между ними крайне мало. Столкновение отдельно взятых звёзд столь же маловероятно, как, к примеру, шанс попасть в очерченный на земле квадратик размером 10 х 10 см железным шариком, сброшенным с летящего на высоте 10 км самолёта.

Рукава спиральной галактики NGC 5194 («Галактика-Водоворот») «прикасаются» к меньшей по размерам галактике-спутнику NGC 5195

ГАЛАКТИКА NGC 5194 и NGC 5195

    Итак, результат взаимодействия галактик зависит главным образом от их размеров, скорости, расстояния между ними и времени пролёта друг возле друга. Безусловно, немаловажную роль играет и тёмная материя, однако механизмы её влияния до конца не изучены.
    В случае, когда размеры галактик приблизительно одинаковы, а расстояние между ними больше их диаметра примерно в десять раз, начинают возрастать приливные силы, обусловленные взаимодействием их гравитационных полей. Может изменяться форма дисков, изогнутость спиральных рукавов. Если одна галактика заметно крупнее другой, то большая из них начинает перетягивать межзвёздное вещество, образуя «хвосты». После разлёта происходит перераспределение материала в периферийных областях дисков, а из-за изменения моментов вращения нарушается симметрия.
    При более близком пролёте взаимодействия усиливаются. Сильнее изменяются периферийные регионы галактик, спиральные рукава большей из них устремляются в сторону меньшей, вытягиваясь и распрямляясь. Но это не чёткое правило, всё зависит не только от размеров, но и от массы и энергии тёмных гало. Встречается, что, наоборот, визуально меньшие по размеру галактики проявляют более мощные приливные силы. В большинстве случаев рукава уже «прикасаются» к соседним галактикам, в этих местах наблюдается изменение формы дисков. В рукавах увеличивается яркость, что свидетельствует об усилившемся процессе звездообразования. Такого рода взаимодействия часто встречаются между крупными галактиками и их спутниками меньших размеров. Прекрасный тому пример - система Apr 85 - галактики NGC 5194, или Водоворот, и NGC 5195. Будучи одними из самых ярких и наиболее легко наблюдаемых с Земли, они находятся на расстоянии около 37 млн световых лет от Земли.

«Квинтет Стефана», находящийся на расстоянии 40 миллионов световых лет от Земли

КВИНТЕТ СТЕФАНА

    Существуют наглядные образцы взаимодействия практически равных по размеру галактик, к примеру, Apr 240 (NGC 5257 и NGC 5258). Система Arp 274 (NGC 5679) является гораздо более редким примером взаимодействия сразу трёх «сестёр». Однако и это далеко не рекорд - например, в Квинтете Стефана, состоящем из пяти галактик (NGC 7317-7320с), четыре находятся во всеобщем взаимодействии. Пятая из них - NGC-7320c - находится ближе к Земле, но при наблюдении она накладывается на четыре своих соседки.

Apr 240 (NGC 5257 и NGC 5258)

Arp 274 (NGC 5679)

    При пересечении траекторий движений могут происходить столкновения и слияния галактик. Существует два возможных варианта этого явления, получившего название мержинга. В первом случае, при столкновении двух примерно одинаковых по размеру галактик, первоначально происходят обширные изменения их структуры. В несколько раз повышается поверхностная яркость дисков галактик, что связано с увеличенной частотой возникновения процессов звездообразования. Возрастает в несколько раз и их толщина. Если, к примеру, ширина галактики в обычном состоянии составляет около 1 тыс. световых лет при диаметре 100 тыс., при слиянии толщина увеличится до 1,5-2 тыс. Начинают взаимодействовать и галактические гало, однако этот момент до сих пор доскональным образом не изучен. Значительную роль на данном этапе влияют взаимные скорости движения галактик. Если они будут слишком большими (1000 км/с и выше), то галактики не сольются, а «разлетятся на обломки», оставив после себя сотни тысяч звёзд. По мере сближения начинают взаимодействовать области галактик, насыщенные межзвёздным газом, наблюдаются многочисленные ударные волны и вспышки - всё это происходит при так называемом диссипативном слиянии. При бездиссипативном же слиянии, т.е. при слиянии галактик, состоящих в большинстве своём только из звёзд, объёмов газа для участия в вышеуказанных процессах катастрофически не хватает. На данном этапе обе участницы столкновения теряют свою форму. Начинает образовываться новое огромное облако будущей эллиптической галактики. Межзвёздный газ перетекает к центру нового слившегося объекта, концентрируется и в итоге испытывает мощную вспышку звездообразования. Фактически происходит начало формирования новой эллиптической галактики.
    На просторах Вселенной можно найти массу примеров, характеризующих вышеописанный этап: взять хотя бы галактики Apr 244 (NGC 4038 и NGC 4039), названные «антенными» из-за длинных «хвостов», или Apr 81 (NGC 6621 и NGC 6622), которая имеет очень своеобразный вид, мало напоминающий обыкновенную галактику.

Галактики NGC 4038 и NGC 4039, на отдалении 60 миллионов световых лет от Земли

Apr 244 (NGC 4038 и NGC 4039)

    Полагают, что со столкновениями связано и существование редких галактик с полярными кольцами. Строение их весьма специфично - центральный диск окружён внешним диском, и располагаются они в разных плоскостях, иногда перпендикулярных друг другу. Такова, к примеру, галактика NGC 4650а. Изучение галактик с полярными кольцами представляет особый интерес для учёных, так как их аномальное поведение даёт возможность приблизиться к пониманию природы тёмной материи. Однако найти их не так-то просто: в рамках и без того крайне редкого иррегулярного типа их только 0,5 %.

Необычная структура и внешний вид галактики NGC 4650А может свидетельствовать о столкновении с другой галактикой, случившемся не позднее миллиарда лет назад

ГАЛАКТИКА NGC 4650А

    Немалый интерес вызывают и «контр-вращающиеся» галактики, диски которых имеют противоположное центральной части направление вращения. Природу их возникновения можно отчасти объяснить слиянием с немного меньшей по размерам галактикой в прошлом.


    Во втором типе мержинга, при слиянии большой галактики с гораздо меньшим по размерам спутником или карликовой галактикой конечный итог будет не в пользу последней. Существует два основных развития событий - полное поглощение спутника или его частичный пролёт сквозь диск.
    Полное поглощение галактикой спутника происходит при его низкой скорости и/или малой массе. Его малое гравитационное поле не способно выдержать давление со стороны большой галактики. Постепенно спутник меняется в форме, вытягивается, и его звёзды начинают перетекать в диск «сильной» соседки.
    В конце концов остаётся лишь центральное ядро, которое со временем изменит свою траекторию и начнёт обращаться со всеми объектами диска. Естественно, это не пройдёт бесследно для «галактики-поглотителя». В большинстве случаев будут наблюдаться процессы, схожие с таковыми при слиянии галактик вообще: деформация диска, иногда — разрушение спиральных рукавов, увеличение его яркости и толщины, перетекание облаков газа. Скорость всего процесса поглощения будет зависеть ещё и от «места попадания» спутника в диск.
    Пример такого рода взаимодействия - Млечный Путь и его спутник, именуемый Карликовой Галактикой в Стрельце. Принято считать, что «рукав Стрельца» - длинный «хвост», состоящий из перетянутых от галактики-спутника звёзд. На настоящий момент она сильно «обеднена» звёздами и в ближайшем будущем сольётся с материалом диска Млечного Пути. Во многих больших галактиках заметны реликтовые ядра. По всей видимости, они остались от так и не вырвавшихся из массивного гравитационного поля карликов.

Гигантские приливные звездные потоки окружают галактику NGC 5907. Изогнутые структуры образуют разреженные петли, протянувшиеся более чем на 150 тысяч световых лет от тонкой, видимой с ребра галактики, известной также под названиями "Щепка" или "Лезвие ножа". Потоки, которые можно увидеть только на очень глубоких экспозициях, вероятно, являются призрачным следом карликовой галактики, который она оставила, двигаясь по орбите вокруг NGC 5907. Эта маленькая галактика-спутник постепенно разрушалась и в конце концов слилась с NGC 5907 более четырех миллиардов лет назад.

ГАЛАКТИКА NGC 5907

    Возможен и сквозной пролёт некоторых частей галактики-спутника. Свидетельствуют об этом криволинейные, дуговые или даже петлеобразные следы из звёзд и газа и пыли, оставшиеся от преодолевших гравитацию большой галактики и вылетевших в пространство ядер спутников. Ядра остаются сильно обеднёнными звёздами и звёздным газом. Удачный пример представляет объект NGC 5907, от которого отходит петлеобразный след, предположительно оставленный карликовой галактикой, пролетевшей сквозь диск, но не вырвавшейся из мощного гравитационного поля.


    Чтобы лично пронаблюдать вышеописанные процессы, человечеству потребуется прожить ещё около 3 млрд лет. Дело в том, что на нашу галактику Млечный Путь со скоростью около 300 км/с движется сходная по размерам и строению Галактика Андромеды (NGC 224). Наблюдения за ней велись начиная с XVII в. Правда, сейчас трудно определить, произойдёт ли столкновение как таковое или же они пролетят мимо, лишь слегка «зацепив» друг друга. Тем не менее, данное событие кардинальным образом изменит состояние нашей галактики. При незначительном влиянии, на основании наблюдаемых взаимодействий в далёком космосе, можно предположить, что изменения коснутся формы периферийных областей. Возможен также обмен межзвёздным газом и перераспределение тёмной материи.

Так выглядело бы гипотетическое столкновение галактики Андромеды и Млечного Пути

СТОЛКНОВЕНИЕ

    При столкновении и слиянии в итоге появится новая галактика. Соответственно, нашей Солнечной системе будет уготовлено абсолютно новое местоположение. Вероятность столкновения Солнца с другой звездой очень мала. Гораздо большую опасность могут представлять вспышки гамма-излучения. Пока их природа досконально не изучена, и точно не известно, что именно их порождает, но не исключено, что выброс этой энергии происходит одновременно с процессами, происходящими при слиянии галактик.

---