Журнал "Наука и Техника" (НиТ) - «Наука и Техника» [журнал для перспективной молодежи], 2007 № 10 (17)

Как видно на рисунке, наблюдаемая у NGC 5907 кольцеобразная структура вполне может появиться на относительно ранней стадии разрушения карликовой галактики. Детальное сравнение с разными моделями спутника показало, что структура звездной петли лучше объясняется, если предположить, что спутник был дисковым, а не сферическим (конденсация в петле — это остаток плотного ядра спутника). Кроме того, оказалось, что форма получающейся при разрушении спутника петли зависит от характеристик темного гало NGC 5907. Следовательно, уже сама морфология кольцеобразной детали (например, ее видимая сплюснутость) может дать ограничение на массу невидимого гало галактики. В случае NGC 5907 мы получили: в пределах оптической петли вклад скрытой массы в 3–4 раза превышает вклад “светящейся”.

Рис. 7. Спиральная галактика NGC5907 удалена от Земли на расстояние 39 миллионов световых лет. В 1994 г. были произведены наблюдения ее слабосветящегося звездного гало. Как оказалось, профиль яркости звездного гало почти совпадает с профилем плотности гало темной материи, изученным по кривой вращения галактики. Такое поведение профиля яркости нехарактерно для большинства галактик, обычно при удалении от центра яркость спадает значительно быстрее. Кроме того, спектральный анализ показал избыток металличности звезд гало по сравнению со звездами гало других спиральных галактик. Новые наблюдения с помощью космического телескопа “Хаббл” дали еще один неожиданный результат: гало галактики содержит в сотни раз меньше массивных ярких звезд, чем ожидалось бы для гало такой же светимости у обычных галактик. Таким образом, преобладающая часть свечения гало должна быть обязана неразличимым в телескоп карликовым звездам. Причины столь сильного нарушения обычного соотношения числа ярких и слабых звезд пока неизвестны

NGC 5907 демонстрирует судьбу упавшего на массивную галактику небольшого спутника. А что будет, если на галактику упадет более массивный спутник или она захватит значительную часть вещества приблизившейся галактики? В этих случаях могут возникнуть удивительные объекты, называемые галактиками с полярными кольцами (рис. 5). По выражению П. Шехтера, они напоминают “остатки автомобильной аварии, не убранные с шоссе”. И в самом деле, слияние галактик — это относительно быстрый процесс, приводящий за время, не превышающее 1 млрд. лет, к формированию единого объекта (как правило, эллиптической галактики). В случае галактик с полярными кольцами благодаря уникальной геометрии взаимодействия и особым характеристикам взаимодействующих галактик образуется объект, в котором длительно сосуществуют остатки обеих участниц. Центральная часть таких объектов обычно лишена газа, который целиком (его масса превышает 10 9Мо) связан с полярной кольцевой структурой.

Руководствуясь этими результатами наблюдений, мы смоделировали процесс пролета богатой газом спирали в полярной плоскости свободной от газа основной галактики. Оказалось, что в процессе тесного контакта основная галактика может захватить около 10 % газа галактики-донора, и этот газ за время ~10 9лет образует в ее полярной плоскости кольцевую структуру. Обилие газа в кольце порождает звездообразование, и кольцо становится видимым в оптическом диапазоне.

В ходе расчетов удалось также впервые выявить зависимость между размером аккреционного кольца и структурными параметрами центральной галактики, в частности массой темного вещества. Мы нашли, что существование очень протяженных полярных колец, подобных показанным на рис. 8, можно объяснить только в том случае, если центральные галактики обладают массивными темными гало. Этот вывод подтверждается и кинематическими исследованиями конкретных галактик с полярными кольцами (изучением движения газа и звезд на основе спектральных наблюдений).

Рис. 8. Галактика с полярными кольцами. Центральная галактика в этом объекте, имеющим эллипсоидальную форму, вращаются вокруг своей малой оси, протяженная дискообразная структура — вокруг большой оси центральной галактики. Таким образом, в этом объекте сосуществуют две почти ортогональные крупномасштабные кинемати-???

Темные гало галактик играют важную роль при формировании не только аккреционных кольцевых структур, но и протяженных приливных образований. Группа американских астрономов недавно показала, что морфологические характеристики приливных “хвостов” взаимодействующих галактик, в частности их протяженность, определяются помимо параметров пролета еще и массой и распределением скрытого вещества.

Этот вывод был подкреплен и нашим исследованием: на примере знаменитой двойной взаимодействующей системы “Мышки” (NGC 4676 на рис. 3) мы продемонстрировали, что морфологию и кинематику протяженного, почти прямолинейного “хвоста” нельзя объяснить без привлечения массивных гало, окружающих обе участвующие во взаимодействии галактики.

На 6-метровом телескопе Специальной астрофизической обсерватории РАН (пос. Нижний Архыз, Карачаево-Черкесия) были получены уникальные спектральные данные, согласно которым на протяжении более 40 кпк от ядра галактики лучевые скорости излучающего газа в “хвосте” остаются очень большими (примерно 300 км/с по отношению к ядру). С помощью численного моделирования мы нашли, что согласия с данными наблюдений можно достичь только в том случае, если допустить наличие у галактик системы массивных темных гало (с отношением массы гало к массе галактики в пределах оптического размера “хвоста”, равным примерно четырем).

Как уже упоминалось, в близкой к нам области Вселенной в состав взаимодействующих систем входит лишь 5-10 % галактик. Предполагается однако, что в прошлом их концентрация могла быть значительно больше (хотя бы из-за того, что средняя плотность Вселенной была выше, и, следовательно, средние расстояния между галактиками были меньше). Рост темпа взаимодействий галактик — количество их тесных сближений за единицу времени в единице объема — с увеличением красного смещения z предсказывается и современными теориями образования галактик.

В рамках теории расширяющейся Вселенной величина красного смещения z (относительное увеличение длин волн линий в спектре движущегося источника по сравнению с эталонным спектром из-за эффекта Доплера) характеризует расстояние до объекта. В настоящее время обнаружены галактики с z = 5–6. Их “видимый” возраст составляет лишь несколько процентов от современного возраста Вселенной.