Метаморфоза

В 2014 году космический телескоп «Хаббл» обнаружил несколько спиральных галактик, которые мчатся навстречу скоплениям галактик. В процессе этого стремительного движения они буквально разрываются на части, становясь похожими на бесформенных космических медуз с аморфными телами и светящимися щупальцами-звездами. Наблюдения телескопа «Хаббл» позволили увеличить число известных аморфных «медузоподобных» галактик более чем в два раза и должны поспособствовать более ясному пониманию процесса трансформации галактик.

Мы знаем, что скопления галактик содержат гораздо больше эллиптических галактик, чем спиральных; возможно, это указывает на то, что новые, примыкающие к скоплениям спиральные галактики каким-то образом трансформируются в эллиптические. Харальд Эбелинг из Гавайского университета (г. Гонолулу, Гавайи, США) считает, что галактики-медузы как раз и отражают процесс этой трансформации.

Пространство между галактиками в скоплении пронизано газом с очень высокими температурами. Поэтому галактика-чужестранка не может тихо и незаметно войти в скопление. Горячий газ скопления сталкивается с холодным газом вновь прибывшей галактики и выдувает его прочь – за ней будет тянуться длинный шлейф из потоков холодного газа. Этот газ в щупальцах, тянущихся за аморфным телом галактики, сжимается и зажигает новые звезды.

Эбелинг с коллегами обнаружили свою первую небесную «медузу» в конце 2005 года. С тех пор они охотятся за более экстремальными образчиками таких галактик, просматривая сотни изображений телескопа «Хаббл». До 2014 года удалось найти всего несколько примеров подобной трансформации в относительно близко лежащих скоплениях галактик. Возможно, потому что изменения происходят слишком быстро. И как только спиральная галактика лишается своего холодного газа, никакой более радикальной метаморфозы с ней не происходит.

Возможно, детальное исследование аморфных медузоподобных галактик поможет объяснить еще одну загадочную особенность скоплений галактик: почему они содержат относительно молодые звезды-сироты, которые не принадлежат ни к одной конкретной галактике. Газ внутри скоплений слишком горяч, чтобы коллапсировать в новые звезды, поэтому они, скорее всего, появляются извне – вероятно, из щупалец медуз.

Пауки в сети

Карликовые галактики, подобно космическим паукам, устраивают себе пиршество, притаившись в своих тенетах. Только питаются они не мухами, а сгустками газа, развешенными там и сям в скрытой паутине. Нечто похожее происходило на заре возникновения Вселенной, когда звезды рождались, а галактики – росли.

Идея о том, что галактики растут и подпитываются веществом за счет облаков холодного газа из гигантской космической паутины, существует уже давно. В последнее время эта идея стала особенно популярной и получила дополнительное подтверждение благодаря модельным расчетам. Моделирование показало, что стоит газовым облакам попасть в гравитационные тиски галактики, как начинается вспышка звездообразования. Однако наблюдать этот процесс довольно трудно. Млечный Путь и большинство галактик, которые мы видим поблизости, заполнены горячим газом, который нагревает захватываемое вещество, не давая ему коллапсировать в звезды. А поскольку сгустки холодного газа в межгалактическом пространстве сами по себе излучают очень мало света, заметить их трудно.

В 2015 году научная группа под руководством Хорхе Санчеса Алмейды из Канарского института астрофизики (о. Тенерифе, Канарские острова) начала изучать небольшие слабые галактики с низким содержанием тяжелых элементов (тяжелее водорода и гелия). Ученые исследовали изменение уровня кислорода в дисках этих галактик. Они обнаружили, что в ярких звездообразующих областях содержится примерно в десять раз меньше кислорода, чем в других. Картина складывается такая, что вновь поступивший газ активизирует процессы звездообразования, причем газ этот должен появиться в галактиках сравнительно недавно. Действительно, если бы газ был старым, он потерял бы свои отличительные химические признаки, перемешавшись за несколько сотен миллионов лет в однородное месиво. Как объяснить, откуда берется «молодой» газ? Возможно, сгустки газа, перетекающие по космической паутине, могли бы объяснить его появление в галактиках, новые процессы активности в них и само существование этих галактик.

Космические ускорители

Первые намеки на существование темной материи появились при исследовании скоплений галактик. Сегодня астрономы внимательно изучают столкновения скоплений галактик, чтобы выяснить природу этого темного вещества.

Считается, что темная материя составляет около 83 % всей материи во Вселенной, но, по-видимому, она взаимодействует с обычным веществом только через гравитацию. Астрономы пытались отказаться от концепции темной материи, изменив законы гравитационного взаимодействия. Но наблюдения столкновения скоплений двух галактик (одна из которых называется Пуля и находится на расстоянии 3,7 миллиарда световых лет) от этих попыток камня на камне не оставили. Дело в том, что обычно темная материя и нормальная материя слишком хорошо перемешаны, и отделить одну от другой не удается. Но при столкновении именно этих двух скоплений входящие в них галактики проскользнули мимо друг друга, оставив за собой хвост горячего взаимодействующего газа. Темная материя, присутствие которой косвенно подтверждается гравитационным взаимодействием, осталась с галактиками. А это говорит о том, что к темной материи надо относиться как к веществу, а не как к дополнению закона гравитации, и что частицы темной материи не отскакивают друг от друга, как обычные атомы и молекулы.

Исследования других галактических катастроф сначала навели астрономов на мысль, что объекты (или нечто) из темной материи могут взаимодействовать с подобными себе объектами с помощью специального агента – силы, действующей только на темную материю. Но в 2015 году были получены дополнительные данные, говорящие об обратном. Рентгеновская обсерватория «Чандра» наблюдала 30 новых столкновений скоплений галактик. Выяснилось, что, когда галактики сталкиваются, темная материя беспрепятственно продолжает свой путь так, будто не подвержена влиянию какой-либо другой темной материи, сколько бы ее ни находилось вокруг. А это значит, что она не взаимодействует с себе подобной. Но это все-таки не исключает наличия трудноуловимой новой силы. Возможно, проанализировав тысячи других сталкивающихся скоплений галактик, астрономы наконец поймут природу темной материи.