Взаимодействующие галактики

В середине XX столетия крупные телескопы позволили астрономам исследовать положения и формы десятков тысяч слабых галактик. Обращало на себя внимание, что часть галактик (5-10%) имеет весьма странный, искажённый вид, так что их иногда трудно отнести к какому-то морфологическому типу. Некоторые из них выглядят сильно асимметричными, словно помятыми. Иногда две галактики окружены общим светящимся звёздным туманом либо связаны звёздной или газовой перемычкой. А в отдельных случаях от галактик отходят длинные хвосты, протянувшиеся на сотни тысяч световых лет в межгалактическое пространство.
Некоторые системы отличаются сложным характером внутренних движений межзвёздного газа, которые не сводятся к простому обращению вещества вокруг центра. Такие некруговые движения не могут продолжаться долго, они должны затухать за один-два оборота диска. Значит, они возникли сравнительно недавно. Быть может, мы наблюдаем молодые, ещё не до конца сформировавшиеся галактики? Нет, анализ звёздного состава показал, что они такие же старые, как и большинство других.
Чаще всего эти необычные звёздные системы являются членами пар или тесных групп, и это говорит о том, что все перечисленные особенности — результат влияния галактик друг на друга. Известный советский астроном Борис Александрович Воронцов-Вельяминов, первым начавший исследование таких объектов, дал им название «взаимодействующие галактики». Он описал и занёс в каталоги тысячи взаимодействующих систем, в том числе редчайшие по своей структуре и форме галактики, необычный внешний вид которых до сих пор озадачивает астрономов.
Статистические исследования привели к выводу, что большинство взаимодействующих галактик — это не случайно встретившиеся странники во Вселенной, а родственники, связанные общим происхождением. В своём движении они то сближаются, то удаляются друг от друга.
Гравитационные поля близких звёздных систем создают приливные силы, достаточные для того, чтобы исказить форму галактик или изменить их внутреннюю структуру. Теоретически описать этот процесс довольно сложно. Очень большую роль в его исследовании сыграло построение компьютерных моделей. Те процессы, которые в природе занимают сотни миллионов лет, на экране монитора разворачиваются буквально у нас на глазах. При сближении звёздных систем искажается их форма, возникают мощные спиральные ветви, рождаются перемычки между галактиками. Позднее, когда галактики начинают удаляться друг от друга, из одной или обеих выбрасываются длинные хвосты из газа и звёзд. При сильном взаимодействии необратимо меняются размеры, форма и даже морфологический тип галактик.
Характер взаимодействия зависит от многих факторов. Например, от того, обладает ли галактика звёздным диском, много ли в ней межзвёздного газа, на какое расстояние подходит к ней соседняя галактика, в каком направлении и с какой скоростью она движется, как ориентирована её орбита. Поэтому формы взаимодействующих систем так разнообразны. Но можно сделать одно общее предсказание: если галактики не случайно встретились в пространстве, а образуют систему, то их взаимодействие рано или поздно должно привести к тесному сближению и последующему слиянию. Этот процесс может продолжаться более миллиарда лет. Такие сливающиеся системы действительно были обнаружены среди известных галактик. В них наблюдаются двойные, реже кратные ядра, светлые струи некогда выброшенного в межгалактическое пространство вещества или необычайно протяжённые звёздные «короны».
Взаимодействие играет очень большую роль в эволюции звёздных систем. Многие галактики должны были испытать сильное взаимодействие, завершившееся слиянием, в далёком прошлом. Сейчас их внешний вид может быть совершенно нормален, и только специальные исследования позволяют заподозрить некогда пережитые ими бурные процессы. Так, ближайшая к нам радиогалактика Центавр А считается результатом слияния эллиптической системы с дисковой (скорее всего спиральной), межзвёздный газ которой образовал гигантский газопылевой диск Он расположен к нам ребром и поэтому виден на фотографиях как тёмная полоса, пересекающая галактику. Ещё более интересный случай — галактика М 64, где, по-видимому, слились две дисковые галактики с различным направлением вращения. В итоге во внутренней части этой системы возник газопылевой диск, вращающийся в направлении, противоположном вращению звёздного диска. Небольшие газопылевые диски — вероятные остатки богатых газом галактик, поглощённых когда-то массивным соседом, — найдены и у целого ряда эллиптических звёздных систем,
Можно предположить, что миллиарды лет назад взаимодействие и слияния галактик происходили значительно чаще — ведь многие галактики уже успели к настоящему времени слиться в единые системы. И действительно, проведённые на Хаббловском космическом телескопе наблюдения далёких и слабых галактик, свет от которых летел к нам миллиарды лет, показали, что среди них повышена доля искажённых, взаимодействующих систем.
Взаимодействие галактик не ограничивается простым изменением их структуры или типа. Влияние друг на друга даже сравнительно далёких галактик часто приводит к вспышке звездообразования в одной из них или в обеих.
Объяснить это явление опять-таки помогло компьютерное моделирование. Как оказалось, приливное взаимодействие галактик способствует формированию массивных облаков газа. Кроме того, относительные скорости облаков возрастают, и они чаще сталкиваются друг с другом. Именно эти процессы во многом определяют интенсивность рождения звёзд.
Наконец, среди взаимодействующих галактик довольно много систем с активными ядрами. По современным представлениям, для активности ядра требуются массивный компактный объект в центре галактики (по-видимому, такими объектами являются чёрные дыры массой в сотни миллионов или миллиарды масс Солнца) и газ, который может свободно падать на него. Но вращение межзвёздного газа в галактике препятствует его попаданию в центр. И тут воздействие со стороны соседней галактики может сыграть решающую роль. Её гравитационное поле меняет скорости вращения газовых облаков, сбивает их с круговых орбит. Моделирование этих процессов наглядно показывает, как при определённых начальных условиях межзвёздный газ смещается к центру и образует там вращающийся газовый диск диаметром несколько тысяч световых лет. Дальнейшая эволюция приводит к тому, что часть газа из ядерного диска постепенно попадает в самый центр, к чёрной дыре. Топливо к ядру доставлено!
Нашу Галактику можно отнести к числу слабовзаимодействующих. Она испытывает гравитационное воздействие со стороны близких спутников — Большого и Малого Магеллановых Облаков. Влияние нашей Галактики на эти небольшие системы намного сильнее и драматичнее: проходя на близком расстоянии от неё, они неизбежно разрушаются. Вероятно, через несколько миллиардов лет Магеллановы Облака войдут в нашу Галактику и постепенно растворятся в ней.