«Наука и Техника» [журнал для перспективной молодежи], 2007 № 10 (17)

NGC 5907 демонстрирует судьбу упавшего на массивную галактику небольшого спутника. А что будет, если на галактику упадет более массивный спутник или она захватит значительную часть вещества приблизившейся галактики? В этих случаях могут возникнуть удивительные объекты, называемые галактиками с полярными кольцами (рис. 5). По выражению П. Шехтера, они напоминают “остатки автомобильной аварии, не убранные с шоссе”. И в самом деле, слияние галактик — это относительно быстрый процесс, приводящий за время, не превышающее 1 млрд. лет, к формированию единого объекта (как правило, эллиптической галактики). В случае галактик с полярными кольцами благодаря уникальной геометрии взаимодействия и особым характеристикам взаимодействующих галактик образуется объект, в котором длительно сосуществуют остатки обеих участниц. Центральная часть таких объектов обычно лишена газа, который целиком (его масса превышает 10⁹ Мо) связан с полярной кольцевой структурой.

Кольца указывают на темные гало!

Руководствуясь этими результатами наблюдений, мы смоделировали процесс пролета богатой газом спирали в полярной плоскости свободной от газа основной галактики. Оказалось, что в процессе тесного контакта основная галактика может захватить около 10 % газа галактики-донора, и этот газ за время ~10⁹ лет образует в ее полярной плоскости кольцевую структуру. Обилие газа в кольце порождает звездообразование, и кольцо становится видимым в оптическом диапазоне.

В ходе расчетов удалось также впервые выявить зависимость между размером аккреционного кольца и структурными параметрами центральной галактики, в частности массой темного вещества. Мы нашли, что существование очень протяженных полярных колец, подобных показанным на рис. 8, можно объяснить только в том случае, если центральные галактики обладают массивными темными гало. Этот вывод подтверждается и кинематическими исследованиями конкретных галактик с полярными кольцами (изучением движения газа и звезд на основе спектральных наблюдений).

Рис. 8. Галактика с полярными кольцами. Центральная галактика в этом объекте, имеющим эллипсоидальную форму, вращаются вокруг своей малой оси, протяженная дискообразная структура — вокруг большой оси центральной галактики. Таким образом, в этом объекте сосуществуют две почти ортогональные крупномасштабные кинемати-???

Темные гало галактик играют важную роль при формировании не только аккреционных кольцевых структур, но и протяженных приливных образований. Группа американских астрономов недавно показала, что морфологические характеристики приливных “хвостов” взаимодействующих галактик, в частности их протяженность, определяются помимо параметров пролета еще и массой и распределением скрытого вещества.

Этот вывод был подкреплен и нашим исследованием: на примере знаменитой двойной взаимодействующей системы “Мышки” (NGC 4676 на рис. 3) мы продемонстрировали, что морфологию и кинематику протяженного, почти прямолинейного “хвоста” нельзя объяснить без привлечения массивных гало, окружающих обе участвующие во взаимодействии галактики.

На 6-метровом телескопе Специальной астрофизической обсерватории РАН (пос. Нижний Архыз, Карачаево-Черкесия) были получены уникальные спектральные данные, согласно которым на протяжении более 40 кпк от ядра галактики лучевые скорости излучающего газа в “хвосте” остаются очень большими (примерно 300 км/с по отношению к ядру). С помощью численного моделирования мы нашли, что согласия с данными наблюдений можно достичь только в том случае, если допустить наличие у галактик системы массивных темных гало (с отношением массы гало к массе галактики в пределах оптического размера “хвоста”, равным примерно четырем).

Далекие галактики взаимодействуют чаще

Как уже упоминалось, в близкой к нам области Вселенной в состав взаимодействующих систем входит лишь 5-10 % галактик. Предполагается однако, что в прошлом их концентрация могла быть значительно больше (хотя бы из-за того, что средняя плотность Вселенной была выше, и, следовательно, средние расстояния между галактиками были меньше). Рост темпа взаимодействий галактик — количество их тесных сближений за единицу времени в единице объема — с увеличением красного смещения z предсказывается и современными теориями образования галактик.

В рамках теории расширяющейся Вселенной величина красного смещения z (относительное увеличение длин волн линий в спектре движущегося источника по сравнению с эталонным спектром из-за эффекта Доплера) характеризует расстояние до объекта. В настоящее время обнаружены галактики с z = 5–6. Их “видимый” возраст составляет лишь несколько процентов от современного возраста Вселенной.