Гиганты на пути к столкновению
Исследователям удалось точно измерить движение галактики Андромеды относительно системы Млечного Пути. Результат звучит угрожающе. Но это не так.
Судьба нашей галактики решена. Астрономы давно подозревали это, но теперь есть уверенность: наша система Млечный Путь и ее сосед М31, галактика Андромеды, однажды столкнутся! Таким образом, галактики становятся главными героями гигантского космического зрелища. Однако до этого еще есть время: около четырех миллиардов лет. Сталкивающиеся галактики - то, что звучит как космический кризис, не является чем-то необычным для космологов. Наоборот: столкновения галактик формировали «лицо» Вселенной во все времена - в прошлом даже чаще, чем сегодня или в будущем.
Как происходит такое столкновение? Это правда, что Вселенная расширялась с момента своего возникновения, увлекая за собой галактики, как уздечку дрожжей и неизбежный изюм. Однако, когда две галактики находятся довольно близко друг от друга, возможно, всего в нескольких миллионах световых лет, их гравитационное притяжение перевешивает стремление Вселенной к расширению. Результат: медленно, но неуклонно обе галактики дрейфуют навстречу друг другу. Путешествие длиной в миллиард лет проходит все быстрее и быстрее, пока два соседа, наконец, не сольются в одну большую эллиптическую галактику.
Наша родная галактика, как говорят, столкнулась с такой драмой. Это то, что утверждают Роланд ван дер Марел и его товарищи по команде из Научного института космического телескопа (STScI). Объединив текущие и семилетние данные наблюдений космического телескопа Хаббла, им удалось с беспрецедентной точностью определить движение галактики Андромеды относительно центра Млечного Пути. И здесь, в точности, погребена собака.
"Грубо" недостаточно
В принципе, предсказать будущее движение галактики несложно. Эту задачу берут на себя сложные численные алгоритмы, проверенные годами и постоянно совершенствующиеся. Даже сами вычисления в принципе более обширны, чем сложны, если бы не ловушки дискретизации квазинепрерывных переменных, таких как время и распределение материи. Тем не менее, ученый-численник, несомненно, счел бы задачу «расчета будущего относительного движения двух соседних галактик» вполне выполнимой задачей. В дополнение к программе моделирования требуются только начальные условия, то есть положения, ориентации и начальные скорости задействованных галактик. Большая часть этого может быть определена очень надежно в эпоху спутниковой астрометрии.
2,5 миллиона световых лет - это расстояние между Андромедой и Млечным Путем. Радиальная составляющая относительного движения (то есть от нас или к нам) M31 также достаточно хорошо известна из измерений красного смещения: Андромеда приближается к нам на 110 километров каждую секунду. Тангенциальная часть движения по-прежнему отсутствует - и это стало большой проблемой для исследователей. До сих пор были известны лишь очень неточные верхние пределы, которые варьировались от 200 до 60 километров в секунду, в зависимости от исследования.
Сангмо Тони Сон, Джей Андерсон и Руланд П. ван дер Марел из Научного института космического телескопа первыми получили достаточно точные данные. Но как измерить движение галактики по небу? Даже определение скорости звезд вблизи Солнца требует от астрометрии высочайшего уровня точности. Андромеда находится в 100-1000 раз дальше от нас, чем окружающие нас звезды; однако типичная крейсерская скорость галактики всего в три-пять раз превышает дисперсию скорости (диапазон скоростей) в Млечном Пути.
Космический телескоп Хаббл с его инструментами высокого разрешения предназначен для таких задач. Для этого Сангмо Тони Сон и его коллеги навели телескоп на три разные области в галактике Андромеды и определили положение тысяч звезд по отношению к фону далеких галактик. Выбор трех полей не был случайным: данные ГСТ семилетних наблюдений уже существовали для всех трех регионов. Путем сравнения обоих наборов данных и благодаря высокому разрешению инструментов HST удалось определить движение звездных полей по отношению к фону. Что в итоге обнаружили исследователи: вектор движения галактики Андромеды действительно направлен в сторону нашего Млечного Пути. Это означает, что обе галактики столкнутся в далеком будущем.
Больше танца, чем столкновения
Идея столкновения двух галактик как космического события эпических масштабов могла захватить воображение голливудских продюсеров. Если метеорит может поставить человечество на грань существования, чего нам ожидать, когда наша родная галактика столкнется с равным противником? Окончательный Апокалипсис? Будем надеяться, что голливудские создатели не пронюхают об этом. Потому что в качестве шаблона для шокера-катастрофы а-ля «Столкновение с бездной» или «Армагеддон» космический тет-а-тет вряд ли подойдет. На самом деле даже термин «столкновение», заимствованный из нашего мира опыта, здесь неуместен. Потому что под столкновением мы обычно понимаем что-то резкое и, прежде всего, разрушительное. Английское слово «слияние» гораздо более точно описывает процесс галактического «столкновения».
Это становится ясным, если посмотреть на шкалу времени, в которой происходит галактическое столкновение: в момент их столкновения, т. е. когда их внешние области сливаются, галактики движутся навстречу друг другу примерно на 1000 километров. в секунду. Тогда два галактических ядра будут находиться на расстоянии около 50 000 световых лет друг от друга. В идеализированном случае прямого движения двух галактических ядер потребовалось бы около 16 миллионов лет, чтобы оба ядра встретились! Настоящее столкновение в замедленной съемке, хотя и довольно быстрое по космическим масштабам времени.
Но это событие будет не таким простым. Согласно численному моделированию, проведенному ван дер Марелем и его коллегами на основе новых данных наблюдений, весьма вероятно, что две галактики сначала разминутся, а затем снова удалятся друг от друга. Внешний вид двух спиральных галактик уже сильно изменится: огромные вытянутые приливные рукава станут свидетелями близкого столкновения. Гравитация также гарантирует, что кандидаты на слияние поворачиваются, снова движутся друг к другу и, наконец, сливаются. Эстетически такое событие является потерей для Вселенной: две некогда величественные спиральные галактики теперь превратились в одну неуклюжую эллиптическую галактику.
И что с нами тогда будет?
Хотя в процесс будут вовлечены несколько сотен миллиардов звезд, звездные столкновения вряд ли произойдут. Причина кроется в огромных размерах промежутков между звездами: если представить, что Солнце уменьшилось до размеров шарика диаметром 1,4 сантиметра (сто миллиардная его истинного размера), лежащего где-то во Франкфурте-на-Майне, то ближайшей к нашему солнцу звездой будет Проксима Центавра, находящаяся на расстоянии более 400 километров, например, в Берлине.
Важным свойством столкновений галактик является бесстолкновительная динамика, характеризующая движения отдельных звезд. На них влияет не только гравитационная сила их ближайших звездных соседей, но и коллективное крупномасштабное гравитационное поле всех звезд, всех газовых облаков и всей темной материи в галактике. Ничего не изменится, если на него наложится гравитационное поле второй галактики, партнера по столкновению.
Даже во время столкновения гравитационный потенциал вокруг Солнца все время плавный, то есть Солнце не испытывает резких ускорений, а меняется медленно. Обстоятельство, гарантирующее выживание нашей Солнечной системы: вероятность того, что массивная звезда подойдет слишком близко к Солнцу и разорвет нашу Солнечную систему в процессе слияния галактик, крайне мала. В лучшем случае внешние планеты, пояс Койпера и облако Оорта на краю Солнечной системы могут попасть под влияние ближайших звезд.
Бесплатная пробная версия | Просмотрите текущий выпуск и получите бесплатный образец выпуска!
Чтобы оценить, что происходит с Солнечной системой в целом, исследователи под руководством ван дер Марела проанализировали орбиты смоделированных звезд, начальные положения которых примерно соответствовали текущему положению Солнца в Млечном Пути. Результат: в ходе столкновения 85 процентов испытательных звезд оказались на более внешней орбите вокруг нового галактического центра - и, таким образом, определили вероятную судьбу солнца. Однако Солнце не обязательно останется на таком расстоянии от галактического центра. В отличие от спиральных галактик, звезды в эллиптических галактиках могут двигаться по орбитам с очень большим эксцентриситетом. Следовательно, расстояние Солнца от галактического центра может сильно меняться с течением времени.
Люди на земле не заметили бы многого из описываемых событий из-за инерции происходящего. Только вид неба должен быть гораздо более захватывающим через несколько миллиардов лет, чем сегодня, когда в ночном небе доминирует форма мощной, тогда ясно видимой галактики Андромеды. Однако маловероятно, что в это время на земле еще живы люди.
Потому что для первого близкого столкновения галактик потребуется около четырех миллиардов лет. Даже если к тому времени нас не прикончат никакие самодельные проблемы, развитие Солнца погубит нас еще раньше: исследователи Солнца предполагают, что примерно через 500 миллионов лет интенсивность солнечной радиации будет настолько высокой, что вода будет падать с Земля испарится, и вся жизнь исчезнет.