Ответственной за образование спиральных рукавов нашей галактики может быть карликовая эллиптическая галактика в созвездии Стрельца. К такому выводу пришли ученые из Университета Питтсбурга. Их работа опубликована в последнем номере журнала Nature.

Руководил группой Кристофер Персел. Их численное моделирование стало первым, предложившим такой сценарий образования спиральных рукавов. «Оно дает нам новый и довольно-таки неожиданный взгляд на причину того, что наша галактика выглядит так, как выглядит», – говорит Персел.

«Говоря космологически, наши расчеты показывают, что относительно небольшие столкновения вроде этого могут привести к серьезным последствиям в формировании галактик во всей Вселенной, – добавляет он. – Такая идея ранее высказывалась теоретически, но пока что не была реализована».

Большую часть группы ученых составляют сотрудники Университета Калифорнии в Ирвине, в котором расположен Астрокомьютерный центр. К сожалению, в области космологии численное моделирование при помощи суперкомпьютеров – единственный метод исследования. Изучаемые явления и объекты настолько велики и сложны, что нет смысла говорить не то что об аналитических, но даже о численных на обычных машинах методах. При помощи суперкомпьютеров астрономы имеют возможность воссоздать хотя бы в малом масштабе космологические явления, происходящие на протяжении миллиардов лет и изучить эти явления в ускоренном режиме их воспроизведения. На основе такого моделирования делаются предположения, которые затем проверяются при помощи настоящих наблюдений.

Кроме заключения о столкновении, численное моделирование Персела выявило интересную особенность звезд карликовой галактики. Все они оказались окружены темной материей, масса которой примерно равна массе всех звезд нашей галактики.

Давно известно, что реальная материя составляет менее 5% Вселенной, тогда как темная материя составляет примерно четверть. Ее существование обнаруживается только по гравитационному взаимодействию. Теперь можно утверждать, что все галактики, включая Млечный путь и карликовую галактику (до столкновения) окружены темной материей, и область пространства с ней в несколько раз больше галактики по размеру и массе.

«Когда вся эта темная материя ударилась в Млечный путь, от 80 до 90 процентов ее отразилось», – говорит Персел. Это первое столкновение, имевшее место около двух миллиардов лет назад, привело к неустойчивостям в структуре нашей галактики, которые затем были увеличены, что и привело, в конце концов, к спиральным рукавам и кольцеобразным формированиям.

Персел в своей диссертации сконцентрировался еще на одном вопросе: к чему привели повторные столкновения карликовой галактикой?

В течение последних нескольких десятков лет было принято считать, что Млечный путь не подвергался возмущениям на протяжении последних нескольких миллиардов лет. Спиральные рукава в этом свете представали как логичный результат изолированной эволюции галактики.

С того момента, когда в созвездии Стрельца была открыта карликовая эллиптическая галактика – спутник Млечного пути, астрономы начали исследование ее обломков. В 2003 году суперкомпьютерные расчеты траектории движения галактики показали, что она ранее сталкивалась с Млечным путем. Первый раз это случилось 1.9 миллиарда лет назад, второй раз – 0.9 миллиарда лет назад.

«Но что при этом произошло с Млечным путем, в моделировании не воспроизводилось, – говорит Персел. – Наш расчет был первым, в котором была предпринята такая попытка».

Ученые обнаружили, что столкновение приводит к неустойчивости – флуктуации в звездной плотности – в диске вращающегося Млечного пути. Внутренние области нашей галактики вращаются быстрее, чем внешние, эта неустойчивость была усилена, в результате чего образовались спиральные рукава.

Кроме того, при моделировании выяснилось, что благодаря столкновению на краях нашей галактики образовались кольцевые структуры.

Второе столкновение имело меньшие последствия. Из-за него также возникли волны, приводящие к образованию спиральных рукавов, но они были намного менее интенсивны, так как при первом столкновении карликовая галактика потеряла большую часть темной материи. Без темной материи, выступавшей в качестве контейнера для галактики, ее звезды начали рассыпаться в стороны под воздействием гравитационного поля Млечного пути.

«Галактики вроде Млечного пути находятся пол постоянной бомбардировкой карликовых галактик. Но до нашего исследования не предполагалось, насколько важными могут быть последствия таких столкновений, – говорит Персел. – Мы планируем найти и другие результаты столкновения, например, свечение во внешних областях диска нашей галактики. Мы ожидали увидеть изменения в Млечном пути в результате столкновения, но не ожидали, что оно привело к образованию спиральных рукавов. Этого мы не предвидели».

Это было настолько неожиданно, что ученые на несколько месяцев задержали публикацию своего открытия чтобы лишний раз все проверить. «Нам надо было убедить самих себя, что мы в здравом уме», – добавляет Персел.

В настоящее время потоки звезд, некогда принадлежавших карликовой галактике, кружатся около Млечного пути. Однако, она развалилась не полностью, и через несколько миллионов лет начнется новое столкновение. «Мы можем понять это, наблюдая за центром Млечного пути. На обратной от нас стороне звезды падают на диск галактики снизу. Мы можем измерить скорость этих звезд и можем сказать, что скоро карликовая галактика снова удариться в диск, всего через 10 миллионов лет».