Космическая праща стреляет галактиками

Российские астрономы доказали, что гравитационное взаимодействие галактик может привести к выбросу остатков одной из них из области взаимодействия. Этим они  объяснили существование одиночных компактных эллиптических галактик.

Внимание российских астрономов Игоря Чилингаряна и Ивана Золотухина из Астрономического института имени П.К. Штернберга (ГАИШ) МГУ (первый из них представляет также американский Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики, а второй – французский Институт астрофизики и планетологии) привлек редкий класс галактик, так называемые, компактные эллиптические галактики. Они характеризуются малыми размерами и высокой звездной плотностью.  Их размер всего несколько сотен световых лет, что больше звездных скоплений, но меньше типичной галактики.  Для сравнения, наша Галактика - Млечный путь имеет диаметр 100 000 световых лет. Компактные эллиптические галактики и массу имеют примерно в 1000 раз меньше, чем Млечный Путь.

 На небе они выглядят похожими на звезды. К 2006 году было известно всего 6 таких галактик. В 2009 году Чилингарян обнаружил еще 20 таких галактик. Благодаря исследованиям авторов работы на сегодняшний день их число достигло 195.

Звездная плотность в галактиках должна сильно уменьшаться на их окраинах, чего не наблюдается у компактных галактик. Однако обнаруженные компактные галактики располагались вблизи других, более крупных галактик, что позволило объяснить их образование гравитационным взаимодействием галактик, в результате чего большая галактика за пару миллиардов лет отбирает окраинные звезды у меньшей, оставляя в ней только достаточно компактную центральную часть - ядро. Ученые назвали этот процесс приливным обдиранием. Следует отметить, что взаимодействие галактик – явление достаточно частое. Некоторые ученые полагают, что через это прошли практически все галактики.

Но в 2013 году были открыты две изолированные компактные эллиптические галактики, для которых оказалось невозможным указать галактики, которые их «обокрали». Авторы работы, проведя огромную работу по обработке имеющихся данных, довели количество таких изолированных галактик до 11. Все они располагаются в нескольких миллионах световых лет от ближайших скоплений галактик. Ранее их в таких областях просто не искали. Соответственно возник вопрос об их происхождении.

Исследования показали, что свойства изолированных компактных галактик не отличаются от тех, что находятся внутри скоплений. Поэтому астрономы предположили, что у них одинаковое происхождение. Проанализировав же динамику движения галактик, они обнаружили, что изолированные галактики движутся значительно быстрее своих собратьев в скоплениях. Это привело их к выводу, что изолированность объясняется тем, что эти галактики были выброшены из области взаимодействия в результате так называемого гравитационного  взаимодействия трех тел.

В данном случае оно заключается в том, что сначала массивная галактика обдирает внешние области столкнувшейся с ней небольшой галактики, оставляя в ней лишь компактное ядро, а затем приблизившаяся третья галактика вышвыривает это ядро во внегалактическое пространство. Подтверждает эту гипотезу и характер  движения некоторых компактных эллиптических галактики внутри скоплений, который указывает на то, что они уже находятся на грани вылета. Работоспособность гипотезы подтверждена численным моделированием.

Подобный механизм не является чем-то новым в астрофизике. До этого он был использован для объяснения двух десятков убегающих звезд в нашей Галактике и даже целого убегающего скопления звезд в галактике М 87. Существует предположение о  десятках миллиардов планет, благодаря этому оторвавшихся от своих звезд и блуждающих в космосе. Но впервые его применили к целой галактике. 

 «Это проявление одного и того же явления на разных масштабах Вселенной – эффекта пращи, когда при взаимодействии трех тел более легкое вылетает из системы», – пояснил Золотухин. 

Отметим, что если звезде для того, чтобы убежать из родной галактики надо развить скорость  порядка 500 км/с, то беглой галактике для этого необходимо не менее 2500 км/с.

Результаты этой работы опубликованы в журнале Science.

Возможно, что компактные галактики позволят пролить свет на эволюцию галактик и вселенной, поскольку ученые предполагают, что они не имеют в своем составе загадочной темной материи, скрепляющей большинство других галактик. 

Любопытно, что в своих исследованиях астрономы использовали уже существующий материал наблюдений, размещенный в свободном доступе в Интернете в рамках проекта «Виртуальная обсерватория». Это показало работоспособность проекта, и теперь, в принципе, любой желающий может исследовать данные и совершить открытие в астрономии.

Рис. 2. Схема возникновения «беглой» галактики. Слева спиральная галактика -«злоумышленник» приближается (красная стрелка) к скоплению, где компактная эллиптическая галактика (сE) уже вращается вокруг массивной центральной эллиптической галактики. В центе показан момент тесного сближения и получение сЕ гравитационного удара от нарушителя. Справа сЕ убегает из скопления галактик, а нарушитель «съедается» гигантской центральной эллиптической галактикой.

По материалам МГУ  и Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики