Ученые выяснили, как Млечный Путь получил свою спиральную форму

100-летняя загадка, связанная с «изменяющей форму» природой некоторых галактик, была решена, в результате чего выяснилось, что наша галактика Млечный Путь не всегда имела свой привычный спиральный вид. Астроном Алистер Грэм использовал старые и новые наблюдения, чтобы показать, как происходит эволюция галактик из одной формы в другую — процесс, известный как галактическое видообразование. Исследование опубликовано в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Исследование показывает, что столкновения и последующие слияния галактик являются формой «естественного отбора», управляющего процессом космической эволюции. Это означает, что история космического насилия Млечного Пути не уникальна для нашей родной галактики. И это еще не конец. «Выживает сильнейший», — сказал Грэм. «У астрономии теперь есть новая последовательность анатомии и, наконец, эволюционная последовательность, в которой видообразование галактик происходит в результате неизбежного брака галактик, предопределенного гравитацией».

Галактики бывают разных форм. Некоторые, как Млечный Путь, состоят из рукавов хорошо упорядоченных звезд, вращающихся по спирали вокруг центральной концентрации или «выпуклости» звездных тел. Другие галактики, такие как Мессье 87 (M87), состоят из эллипса из миллиардов звезд, хаотично вращающихся вокруг беспорядочной центральной концентрации. 

С 1920-х годов астрономы классифицировали галактики на основе последовательности различной анатомии галактик, называемой «последовательностью Хаббла». Спиральные галактики, такие как наша, находятся на одном конце этой последовательности, а эллиптические галактики, такие как M87, — на другом. Промежуток между ними перекрывают вытянутые сферические галактики без спиральных рукавов, называемые линзовидными галактиками. 

Но чего этой широко используемой системе до сих пор не хватало, так это эволюционных путей, связывающих одну форму галактики с другой. 

Чтобы проложить эволюционные пути в последовательности Хаббла, Грэм изучил 100 галактик вблизи Млечного Пути на изображениях в оптическом свете, собранных космическим телескопом Хаббла, и сравнил их с инфракрасными изображениями, полученными космическим телескопом Спитцер. Это позволило ему сравнить массу всех звезд в каждой галактике с массой их центральных сверхмассивных черных дыр.

Это выявило существование двух разных типов линзообразных галактик, соединяющихся друг с другом: одна версия — старая и лишенная пыли, а другая — молодая и богатая пылью. 

Когда бедные пылью галактики аккрецируют газ, пыль и другое вещество, диск, окружающий их центральную область, разрушается, при этом указанное разрушение создает спиральный узор, исходящий из их сердец. Это создает спиральные рукава, которые представляют собой чрезмерно плотные вращающиеся области, которые создают сгустки газа при своем вращении, вызывая коллапс и звездообразование.

С другой стороны, богатые пылью линзообразные галактики образуются, когда спиральные галактики сталкиваются и сливаются. На это указывает тот факт, что спиральные галактики имеют небольшой центральный сфероид с расширяющимися спиральными рукавами из звезд, газа и пыли. Молодые и пыльные линзовидные галактики имеют заметно более заметные сфероиды и черные дыры, чем спиральные галактики и линзовидные галактики с низким содержанием пыли.

Удивительным результатом этого является вывод о том, что спиральные галактики, такие как Млечный Путь, на самом деле лежат между богатыми и бедными пылью линзообразными галактиками в последовательности Хаббла. 

«Всё встало на свои места, как только было признано, что линзообразные галактики не являются единственной промежуточной популяцией, которой их долгое время изображали», — объяснил Грэм. «Это перерисовывает нашу столь любимую галактическую последовательность, и, что важно, теперь мы видим эволюционные пути через последовательность галактической свадьбы или то, что бизнес может называть поглощениями и слияниями».

Это исследование показывает, что в дополнение к этому, космические «приобретения» нашей галактики также включали в себя аккрецию другого материала и постепенное преобразование из бедной пылью линзовидной галактики в спиральную галактику, которую мы знаем сегодня. 

Наша галактика готовится к драматическому слиянию со своим ближайшим большим галактическим соседом, галактикой Андромеды, между 4 и 6 миллиардами лет. Это столкновение и слияние приведут к стиранию структуры спиральных рукавов обеих галактик, и новое исследование показывает, что дочерняя галактика, созданная этим союзом, вероятно, будет линзообразной галактикой, богатой пылью, все еще обладающей диском, хотя и без спиральной структуры, прорезанной через него. 

Если дочерняя галактика Млечный Путь-Андромеда столкнется с третьей линзообразной галактикой, богатой пылью, и сольется с ней, то дискообразные аспекты обеих галактик также будут стерты. Это создало бы галактику эллиптической формы, не способную содержать облака холодного газа и пыли.

Точно так же, как эта новая галактика будет нести историю своей эволюции для астрономов в далеком будущем, линзовидные галактики с низким содержанием пыли могут служить летописью окаменелостей процессов, которые трансформировали старые и обычные галактики с преобладанием дисков в ранней Вселенной. 

Это может помочь объяснить открытие космическим телескопом Джеймса Уэбба (JWST) массивной галактики с преобладанием сфероидов всего через 700 миллионов лет после Большого взрыва. Новое исследование также может показать, что слияние эллиптических галактик — это процесс, который может объяснить существование некоторых из самых массивных галактик во Вселенной, которые находятся в центре скоплений из более чем 1000 галактик.