Космическа "прашка" стреля с... малки галактики

Знаем, че във Вселената има огромен брой галактики, различни по размери и по маса. Ако в каталога на Джон Хершел през 1862 година са включени около 5000 галактики, то космическият телескоп “Хъбъл” само за три месеца и половина откри повече от 10 000 галактики в регион от небосвода сто пъти по-малък от лунния диск. Изхождайки от тези данни, астрофизиците са изчислили, че в обозримият космос има най-малко 200 милиарда галактики.

Двама руски астрономи Игор Чилингарян и Иван Золотухин от Астрономическия институт “П.К. Штернберг” (ГАИШ) МГУ (първият от тях представя и американският Харвард-Смитсониан център по астрофизика, а вторият – френският Институт по астрофизика и планетология) са заинтригувани от рядък клас галактики – т.нар. компактни елиптични галактики. Характерни за тях са малките размери и високата звездна плътност. Размерите им са само от по неколкостотин светлинни години, което е повече от размер на звезден куп, но е по-малко от типичните размери на галактика. За сравнение, нашият Млечен път е с диаметър от 100 000 светлинни години. При компактните елиптични галактики и масата е около 1000 пъти по-малка, отколкото на Млечния път.

Компактната елиптична галактика М 32

На небето такива галактики много приличат на звезди. До 2006 година астрофизиците знаят за съществуването само на 6 компактни елиптични галактики. През 2009 година Чилингарян открива още 20 подобни. Благодарение на работата на двамата астрономи днес броят на известните компактни елиптични галактики е нараснал до 195.

Плътността на звездите в граничните райони на галактиките следва да намалява. Това обаче не се наблюдава при компактните галактики. Откритите до сега компактни галактики обаче се намират в близост до по-големи галактики, което позволява да се обясни образуването им с гравитационното взаимодействие между галактиките, в резултат на което по-голямата галактика в течение на няколко милиарда години “обира” звездите от покрайнините на по-малката. Така в елиптичната компактна галактика остава само централната част – ядрото й. Учените наричат този процес “приливно съдиране”. Трябва да се отбележи, че взаимодействието между галактиките е често срещано явление. Някои учени дори предполагат, че всички галактики са преминали през такова взаимодействие.

През 2013 година обаче са открити две изолирани компактни елиптични галактики, за които е невъзможно да се посочат галактиките, които са ги “окрали”. Авторите на изследването, след огромна работа по обработка на наличните данни, намират 11 такива “самотни” компактни елиптични галактики. За всички е характерно, че се намират на няколко милиона светлинни години от най-близките галактични клъстери. По-рано в такива области просто не са извършвани детайлни търсения. Сега възниква въпроса, как са се образували тези “единаци”.

Изследването показва, че характеристиките на изолираните компактни галактики не се различават от онези на галактиките, намиращи се в клъстерите. Затова астрономите предполагат, че произходът им е еднакъв. След анализ на динамиката в движението на галактиките, става ясно, че изолираните се движат значително по-бързо от “събратята” си от галактикчните клъстери. Това води до извода, че изолацията на компактните галактики се дължи на факта, че те са “изхвърлени” от областта на взаимодействие в резултат на т.нар. гравитационно взаимодействие на три тела.

Схематично представяне на процеса на взаимодействие на три тела. В ляво "злонамерената" спирална галактика (червената стрелка) се приближава към клъстър, в който вече компактната галактика (сЕ) се движи в орбита около масивна елиптична галактика. В центъра се вижда момента на сближаването и гравитационният удар, който компактната галактика получава от намесата на спиралната галактика. В дясно сЕ напуска галактичния клъстър, а "нарушителят" е погълнат от централната елиптична галактика.

В случая се касае до това, че първо масивната галактика “съдира” външните области на натъкналата се на нея малка галактика, оставяйки й само компактно ядро. На следващия етап се включва приближила се трета галактика, която изхвърля останалата “само по ядро” малка галактика в извън галактическото пространство. Хипотезата се потвърждава от характера на движение на някои компактни елиптични галактики вътре в клъстери, за които се наблюдават признаци, че се намират на границата “да изхвърчат” от струпването. Хипотезата е потвърдена косвено и от методите на числовото моделиране.

Механизмът не е нещо ново и непознато за астрофизиката. Преди това е използван за да се обяснят двадесетината напускащи нашата галактика звезди, както и цял “бягащ” звезден куп в галактиката М 87. Съществува дори предположение за десетки милиарди планети, напуснали благодарение на този механизъм своите родни звезди и блуждаещи самостоятелно в космоса. За пръв път обаче методът се прилага по отношение на цели галактики.

“Това е проява на едно и също явление в различни мащаби – ефектът на прашката, когато при взаимодействието на три тела по-лекото изхвърча от системата”, обяснява Золотухин.

Сблъскващи се галактики (NGC 4676A и NGC 4676B). "Опашката" на тази "мишка" е от изхвърлено от гравитацията вещество. Снимка от телескопа "Хъбъл"

Трябва да се отбележи, че за да може звезда да напусне родната си галактика, трябва да развие скорост от порядъка на 500 км/с, а за да може една галактика  бъде изхвърлена от галактичен клъстер, следва да се движи с не по-малко от 2500 км/с.

Вероятно компактните галактики ще са полезни за учените, тъй като се предполага, че те не съдържат тъмна материя – загадъчната съставляваща, която “споява” повечето други галактики.

Любопитното е, че цялото изследване двамата астрономи са извършели по вече съществуващи материали от наблюдения, които са свободни за достъп в интернет в рамките на проекта “Виртуална обсерватория”. Това доказва работоспособността на проекта и – на практика – всеки желаещ може да изследва наличния материал и да стане автор на откритие в астрономията.