Что движет звездами при слиянии галактик

В космосе часто происходят катастрофы: сталкиваются две или несколько дисковых галактик. При этом образуются эллиптические системы. В них есть регионы, где звезды совсем иначе движутся вокруг вокруг центра, чем в остальной части галактики. Ученые предполагали существование специальной относительной ориентации сталкивающихся галактик ("ретроградной").

Атанасия Тсатси (Athanasia Tsatsi), докторант Гейдельбергского астрономического института Макса Планка, нашла еще один способ. По ее гипотезе, потеря массы участвующих в столкновении галактик действует как гигантский ракетный двигатель.

Эллиптические галактики возникают, если сталкиваются и сливаются дисковые галактики, к которым относится и наш Млечный Путь. В таких системах иногда все звезды во внешних областях движутся в одном направлении, а направление вращения светил в центральном регионе может быть совсем другим.

Почему происходит движение в обратном направлении

Представьте себе, что центральная область одной из галактик-предшественниц под действием гравитации своей массы удерживается особенно прочно. Теперь направление вращения звезд в этой галактике происходит в направлении обратном вращению обеих галактик до слияния (ретроградное движение).

В таких условиях стабильная центральная область после слияния может стать центром новой эллиптической галактики, а ее звёзды продолжат вращение ту же сторону, что и раньше. Остальные же будут двигаться в противоположном направлении, следуя направлению вращения, в котором галактики-предшественницы обращались вокруг друг друга до слияния. Однако эта модель предсказывает меньшее количество центров, вращающихся в обратном направлении, чем их наблюдают в действительности.

Моделирование столкновения галактик

Такова была исходная ситуация, когда Атанасия Тсатси начала свои исследования и оценку компьютерного моделирования столкновения галактик. Ее целью было выяснить, как будут выглядеть эллиптические галактики при наблюдениях с помощью различных астрономических инструментов.

Молодая исследовательница сделала таким "виртуальным телескопом" неожиданное открытие: галактика, которая возникала при моделируемом слиянии, имела центральный регион, вращающийся в противоположную сторону. Но галактики-предшественницы не были ретроградной ориентации, что являлось, по существующей теории, условием возникновения обратного вращения.

Результат слияния галактик

Результат моделируемого слияния соответствовал тому, что уже было известно из наблюдений. Получившаяся эллиптическая галактика имела 130 млрд. солнечных масс и была одной из самых массивных представительниц своего вида. Именно в таких массивных эллиптических галактиках особенно часты и долговечны ретроградные центральные районы. В соответствии с компьютерной программой, они могли существовать еще около двух миллиардов лет после слияния.

Галактики в момент столкновении: снимки сделаны при моделировании Фото: © B. Moster/MPIA

Открытие молодой исследовательницы

При моделировании Атанасия Тсатси заметила то, что ускользнуло от всех ее предшественников: при вращении центральных областей галактик наступает момент смены направления. Этот поворот происходит, когда обе системы под воздействием взаимного притяжения теряют значительные массы материи – особенно звезды из их внешних областей.

Силы Мещерского

Происходящее в такой галактике тесно связано с исследованием русского математика Ивана Всеволодовича Мещерского (1859-1935). Он изучал частицы, массы которых со временем изменяются и движутся под действием их гравитации. Из-за изменения массы в игру вступают дополнительные силы, названные силами Мещерского.

Ракетный двигатель: принцип работы

Самый известный пример таких сил встречается в ракетном двигателе, когда из сопла выталкиваются горячие газы. При этом действует сила, толкающая ракету в противоположном направлении, и она ускоряется. Такое объяснение помогает понять, как при слиянии галактик с проградным (в одну сторону) вращением могут возникнуть ретроградные центральные регионы: потеря массы двух галактик имеет тот же принцип работы, что и ракетный двигатель и может быть достаточно сильной, чтобы изменить направление вращения звезд, находящихся на краях центральной области новой галактики.

Механизм Мещерского

Этот вид создания центральных регионов, вращающихся в противоположную сторону, Тсатси называет механизмом Мещерского.

Хотя открытие Атанасии Тсатси касалось сначала единичного случая, оно доказало, что таким образом могут образовываться центры галактик, вращающиеся в обратных направлениях. В дальнейшем астрономам, изучающим слияния галактик при различных начальных условиях, предстоит выяснить, насколько часто встречаются такого рода процессы. Если систематические исследования покажут, что механизм Мещерского при формировании вращающихся в противоположном направлении центров достаточно распространен, это может объяснить наблюдаемую частоту явления - тогда теория и практика придут к согласию.

Источник: mpg.de