Туманность Андромеды

[Pelegrin]

Галактика Туманность Андромеды открыла астрономам свою главную тайну, которая заставляла их по сто раз перекраивать теорию развития Вселенной: почему она похожа на Млечный Путь во всем, кроме существования древнего гало?



Туманность Андромеды, также называемая М31, по всем признакам очень напоминает Млечный Путь – у них схожие массы, размеры, химический состав, структура. Единственное существовавшее до сих пор принципиальное различие – отсутствие у Туманности Андромеды так называемого гало.







Откуда у галактик гало



Согласно господствующей в настоящее время теории образования структур Вселенной, теории «холодной» скрытой массы, все относительно крупные галактики появились при слиянии и поглощении друг другом меньших звездных систем. По современным представлениям, все началось около 13 млрд лет назад, примерно через полмиллиарда лет после Большого взрыва. Именно тогда огромные скопления темной материи – невидимого вещества, заполняющего собой всю Вселенную, накопили достаточное количество обычного газа, чтобы он начал превращаться в первые звезды.



Газ, химический состав которого был крайне однообразным – практически исключительно водород и гелий, был разбросан по всему пространству с момента своего образования в первые минуты жизни Вселенной и ничем не проявлял себя.



Однако температура его при расширении пространства падала, и он стал постепенно оседать к центрам больших скоплений темной материи.



Последняя практически не мешает обычному веществу двигаться сквозь себя, но обладает очень большой массой, притягивая все вокруг к единому центру. Когда в центрах таких скоплений накопилось достаточно газа, из него стали формироваться первые звезды, возникали своего рода протогалактики. Эти звезды были очень массивными и жили совсем недолго, однако, взрываясь, стимулировали процесс образования новых звезд.



Согласно подсчетам, примерно в это же время самые крупные из протогалактик начали сближаться и постепенно сливаться друг с другом. Попутно к ним присоединялись и их меньшие братья, во многих из которых уже успели родиться несколько поколений звезд. Самые массивные из звезд живут очень недолго и давно уже взорвались, как сверхновые. Тем не менее астрономы полагают, что звезды меньшей массы из первых поколений по-прежнему должны встречаться в галактиках.



Такие звезды действительно обнаружены в нашей собственной Галактике – Млечном Пути.



По сравнению со звездами, образовавшимися позднее, таких долгожителей совсем немного. Однако (по существующим представлениям) совсем отсутствовать в галактиках они просто не могут. Поэтому отсутствие бедного металлами гало у М31 порождало сомнения в правильности даже самых общих представлений о происхождении галактик.



Ведь нельзя было даже сослаться на возможную разницу в исходных условиях их происхождения: М31 и Млечный Путь не только близнецы, но и соседи, расстояние между ними составляет всего 2 млн световых лет – совсем чуть-чуть по межгалактическим меркам.



Куда пропало гало Туманности Андромеды



Наконец, группа астрономов под руководством Скотта Чапмэна из Калифорнийского технологического университета решила эту задачу, заявили в среду ученые «Газете.Ru». При этом ключевым для успеха исследования стало именно различие в кинематике, манере движения звезд.



Началось все с того, что в 2005 году группа астрономов обнаружила: звездный диск М31 простирается гораздо дальше, чем принято было считать. Как рассказал корреспонденту «Газеты.Ru» один из авторов того исследования профессор Герэйнт Льюис из Сиднейского университета: «То, что Андромеда окружена большой кучей звезд, простирающейся гораздо дальше традиционно приписываемого ей яркого диска, было известно давно. Однако нам удалось показать, что все они вращаются в точности так же, как и основной диск».



Чтобы установить это, ученым пришлось получить спектры около 3 тыс. звезд с помощью десятиметрового телескопа имени Кека на Гавайях. Спектры дают астрономам огромное количество информации. Например, измеряя смещение линий разных химических элементов по сравнению с лабораторными значениями, можно измерить скорость – это называется эффектом Доплера.



Оказалось, и среднее содержание металлов в них не сильно отличается от того, что известно для диска М31 (оно слегка ниже того, что наблюдается в окрестности Солнца). «Это крупная структура, вероятно возникшая при поглощении Андромедой своих спутников, но это не древнее гало», – заключает Льюис.



Когда количество исследованных звезд приблизилось к десяти тысячам, астрономы решили, что они наконец поняли строение исследуемой галактики. И могут утверждать, что все не вписывающиеся в ее структуру звезды ей, скорее всего, не принадлежат. Как рассказал «Газете.Ru» другой член группы, доктор Алан Макконахи из канадского университета Виктории, для исследования выбирались одни из самых удобных звезд с так называемой последовательности красных гигантов. Астрономы настолько хорошо знают их физические характеристики, что любые неувязки в модели движения звезд и их химического состава мгновенно себя обнаруживают.



Исследовав не укладывающиеся в рамки галактической модели звезды более детально, астрономы пришли к выводу, что они как раз и составляют искомое население гало.



Во-первых, их движение не просто было необычным, оно полностью соответствовало тому, что наблюдается в нашей Галактике: эти звезды не вращались все в одну сторону, а обладали довольно большими случайными скоростями. Во-вторых (и это стало наиболее неожиданным результатом), содержание металлов в них оказалось гораздо более низким, чем в среднем по М31 или даже по протяженной структуре, внутри которой они обнаружены.



Как оказалось, причиной, по которой данные звезды не удавалось найти раньше, стало именно наличие необычно протяженного «толстого» диска.



На его фоне звезды гало просто терялись, в то время как в нашей Галактике на таких расстояниях от центра они едва ли не начинают доминировать.



Качество полученных спектров позволило также определить распределение плотности и скоростей звезд в гало Туманности Андромеды. Как оказалось, оно прекрасно описывается популярной теорией, согласно которой звезды гало оторвались от внешних частей маленьких галактик, поглощаемых галактикой более крупной. При этом центральные части меньших звездных систем в конечном итоге слились с центром М31, а звезды гало остались, по сути, на тех орбитах, на которые они попали в процессе поглощения. Это дает возможность заново измерить массу Туманности Андромеды, которая оказалась не меньше 900 млрд солнечных масс.



По словам Скотта Чапмэна, полученные результаты – «большое облегчение для теоретиков», которые никак не могли понять, как в результате двух непохожих процессов удалось получить две столь близкие по свойствам звездные системы, как Млечный Путь и Туманность Андромеды. Оказалось, процессы были вполне похожи. Их следы в нашей соседке и обнаружила группа Чапмэна.



Артем Тунцов