Как формируются спиральные рукава в галактиках
Новое компьютерное моделирование показывает, что массивные молекулярные облака в галактическом диске вызывают флуктуации плотности, которые распространяются нелинейно (хаотично) и, таким образом, приводят к образованию постоянных спиральных структур.
Большинство галактик в нашем космическом соседстве - около 70 процентов этих звездных систем - спиральные. Как и галактика Whirlpool M 51, на них интересно смотреть. Но как возникают такие филигранные и в то же время характерные спиральные структуры? И: В течение какого времени они сохраняются?
Астрофизик Елена Д'Онгиа и ее коллеги Марк Фогельсбергер и Ларс Хернквист из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики, вероятно, немного приблизились к ответу на эти вопросы. В многочастичных расчетах с высоким разрешением они исследовали, как первоначально локальные флуктуации плотности, вызванные массивными молекулярными облаками, распространяются в основном однородном вращающемся диске из 100 миллионов звезд. Эти неровности усиливаются из-за дифференциального вращения галактики и формируются спиральные структуры. Что нового в симуляциях ученых: они показали, что эти возмущения могут развиваться во времени нелинейно, то есть хаотично. Напротив, ранее предполагалось линейное развитие флуктуаций плотности. Следствие этого: получившиеся спиральные рукава просуществовали бы только один или два галактических года. (Галактический год - это период времени, в течение которого галактика совершает один оборот.) Однако новые исследования Д'Онгиа и ее коллег показывают, что именно хаотический характер этого развития придает спиральным рукавам их стабильность в течение более длительного времени. период в несколько миллиардов лет (около 100 галактических лет).
Одна из двух традиционных моделей основана на стохастических, т.е. случайных, локальных флуктуациях плотности, которые усиливаются гравитационными взаимодействиями внутри диска материи и таким образом приводят к спиралевидному образованию в звездных системах. Однако эти колебания плотности кратковременны. Соответственно, спиральные рукава должны существовать относительно короткое время и всегда должны возникать и снова исчезать.
Другая модель, с другой стороны, объясняет спиральные рукава, которые сохраняются в течение более длительных периодов времени. Здесь волны плотности перемещаются по большой площади в галактической плоскости и вызывают спиральные структуры. Даже если эта теория подтверждается наблюдениями, все равно возникают два вопроса: как эти волны плотности возникают в таких больших масштабах? И: Какой механизм приводит их в действие в долгосрочной перспективе? Пока также не удалось смоделировать долгоживущие спиральные структуры с помощью численных многотельных экспериментов, основанных на этой модели.
Нынешние результаты американских ученых могут представлять собой золотую середину или даже установить связь между двумя моделями.