Что происходит, когда сталкиваются галактики?
По одной из теорий Млечный Путь и его ближайшая галактическая соседка Андромеда уже сталкивались. Другая теория полагает, что наша Галактика находится на пути столкновения с Андромедой. В какой-то момент в течение следующих нескольких миллиардов лет они соберутся воедино с катастрофическими последствиями.
Некоторые звезды будут выброшены за пределы новой галактики, другие разрушены, так как столкнутся со сливающимися сверхмассивными черными дырами. Спиральные структуры Млечного Пути и Андромеды будут уничтожены и трансформированы в единую гигантскую эллиптическую галактику. Но как бы пугающе это не звучало, на самом деле этот процесс является естественной стадией эволюции галактик.
Пара сливающихся галактик на расстоянии 45-65 миллионов световых лет от Земли. Credit: Hubble / ESA
Гравитация столкновений
Галактики удерживаются вместе за счет взаимного притяжения и вращаются вокруг общего центра. Взаимодействие между галактиками является вполне распространенным явлением, особенно между гигантом и небольшой спутниковой галактикой. В какой-то момент спутник подходит слишком близко к гиганту и попадает в точку, где гравитация захватывает его и вовлекает в один из спиральных рукавов «убийцы».
В некоторых случаях траектория движения спутника может пересекаться с гигантской галактикой. При таком сценарии столкновение может привести к слиянию, при условии, что ни одна из них не имеет достаточного импульса, чтобы продолжить свое движение после столкновения.
Если одна из галактик гораздо больше, чем другие, то после встречи она останется практически без изменений и сохранит свою форму, в то время как меньшие галактики удалятся друг от друга и станут частью более крупной структуры. Ученые полагают, что Андромеда в своем прошлом поглотила как минимум одну галактику, а Млечный Путь в настоящий момент находится в процессе слияния с несколькими карликовыми галактиками (например, с Карликовой эллиптической галактикой в Стрельце).
Впрочем, слово «столкновение» не совсем уместно, так как чрезвычайно разреженное распределение материи в галактиках говорит нам о том, что столкновение между звездами или планетами крайне маловероятно.
Андромеда и Млечный Путь. Столкновение
В 1929 году Эдвин Хаббл представил данные наблюдений, которые показали, что далекие галактики движутся прочь от Млечного Пути. Это позволило ему вывести закон Хаббла, который гласит, что расстояние до галактик и их скорости могут быть определены путем измерения их красного смещения, то есть явления, при котором свет от объекта смещается в красную часть спектра при его удалении.
Однако, спектрографические измерения Андромеды показали, что ее свет смещен в сторону синей части спектра (фиолетовое смещение). Это указывает на то, что в отличие от большинства галактик, которые наблюдались с начала ХХ века, Андромеда движется к нам.
В 2012 году, основываясь на данных Хаббла (собранных в период с 2002 по 2010 год), исследователи определили, что столкновение Млечного Пути и Андромеды неминуемо. Фиолетовое смещение показало, что Андромеда движется к нам со скоростью примерно 110 километров в секунду.
Исходя из этого, вполне вероятно, что галактики столкнутся примерно через 4 миллиарда лет. Исследования также показали, что M33, третья по величине и яркости галактика в Местной группе, будет участвовать в этом мероприятии. По всей вероятности, M33 окажется на орбите структуры, образованной после слияния Млечного Пути и Андромеды, и в конечном итоге станет ее частью.
Последствия
При столкновении галактик, большие из них поглощают более мелкие, разрывая их на части и забирая звезды. Но когда галактики схожи по размеру, как Млечный путь и Андромеда, слияние полностью ломает их спиральные структуры. В конечном итоге две группы звезд создадут гигантскую эллиптическую галактику.
Такое взаимодействие может спровоцировать небольшой всплеск звездообразования. Столкновение галактик формирует обширные водородные облака, которые могут вызывать ряд гравитационных коллапсов. Кроме этого, подобные слияния вызывают преждевременное старение галактик, так как большая часть газа превращается в звезды.
После всплеска звездорождения в галактиках заканчивается топливо. Самые молодые и горячие светила взрываются как сверхновые, и все, что остается, это старые, холодные красные звезды, живущее очень долго. Вот почему гигантские эллиптические галактики, результаты столкновений, содержат так много красных звезд и так мало активных областей звездообразования.
Вид с Земли этапов прогнозируемого слияния Млечного пути и Андромеды. Credit: NASA; ESA; Z. Levay and R. van der Marel, STScI; T. Hallas, and A. Mellinger
И хотя Андромеда содержит около 1 триллиона звезд, а Млечный Путь – около 300 миллиардов, шанс столкновения даже пары светил ничтожно мал из-за огромного расстояния между ними. Однако, обе галактики содержат сверхмассивные черные дыры, которые встретятся недалеко от центра новообразованной галактики.
Слияние черных дыр вызовет орбитальную энергию, переданную звездам, которые в последствии перенесут светила на более высокие орбиты в течение миллионов лет. Когда две черные дыры окажутся на расстоянии светового года друг от друга, они начнут излучать гравитационные волны.
Подхваченные комбинированной черной дырой газ может создать светящийся квазар или активное ядро в центре вновь образованной галактики. И наконец, последствие слияние черных дыр может «дать пинка» некоторым звездам, которые станут гиперзвуковыми изгоями, прихватившими с собой свои планеты.
Разумное разрушение
0
До изобретения ядерного оружия никто и подумать не мог, что одна бомба может уничтожить целый город. Однако все изменилось после атаки на Хиросиму 6 августа 1945 года. Люди впервые столкнулись с технологией такой разрушительной силы. Это привело к появлению концепции «разумного разрушения»: однажды человек сделает или изобретет нечто такое, что уничтожит Вселенную. Хорошие новости: всех наших ядерных запасов не хватит даже для того, чтобы разрушить Землю. Но кто сказал, что мы единственные разумные существа во Вселенной?
Конец игры
0
Одна из самых шокирующих теорий относительно нашей реальности заключается в том, что жизнь — это всего лишь компьютерная симуляция. По словам философа Ника Бострома из Оксфордского университета, поскольку компьютеры постоянно совершенствуются, в какой-то момент у людей разовьются настолько мощные вычислительные способности, что они смогут сами моделировать виртуальные миры. Если до этого кто-то не выключит программу, в которой моделями являемся мы сами. Мы даже не успеем осознать, что Вселенной пришел конец.
Разрушение основ
0
По одной из теорий наша Вселенная возможна благодаря существованию физических постоянных вроде скорости света или массы протона. Если бы хоть одна из этих фундаментальных констант имела другое значение, то нас бы просто не было. Как ни странно, австралийские физики выяснили, что с момента Большого Взрыва постоянная тонкой структуры изменилась в пространстве и времени. Это означает, что и другие константы могли меняться с течением времени. И если так пойдет и дальше, то однажды Вселенная просто рассыплется на мелкие частички. А планеты и звезды взорвутся. Правда, произойдет это не раньше, чем через 3 млрд лет.
Большое поглощение
0
4 июля 2012 года Большой адронный коллайдер наконец-то подтвердил существование бозона Хиггса. Так называемое «поле Хиггса» пронизывает Вселенную. Интересно, что у этого поля могут быть разные состояния — подобно тому, как вещество может быть жидким, твердым и газообразным. Сейчас поле находится на низком энергетическом уровне, однако оно может перейти как на более высокий, так и на еще более низкий. Последний вариант, по мнению исследователей, более вероятен. Этот энергетический «провал» может быть вызван квантовой флуктуацией. В результате новое маломощное поле Хиггса образует пузырь, который начнет расширяться со скоростью света и поглощать все, что попадется у него на пути. То есть нашу Вселенную. Но у этой пессимистичной теории есть два светлых пятна. Первое — у нас в запасе имеется несколько миллиардов лет. И второе — все случится настолько быстро, что мы не успеем испугаться.
Большое замерзание
0
Сценарий, также известный как Тепловая смерть, основан на втором законе термодинамики — об увеличении энтропии в закрытых системах. Вселенная будет расширяться, а объекты в ней — удаляться друг от друга. Когда энтропия достигнет максимума, энергия будет равномерно распределена, а все процессы остановятся. Звезды остынут, материя распадется… Одним словом, все кругом перестанет работать.
Все откладывается
Но более важной новостью является уточнение обстоятельств будущего столкновения. Согласно новым данным, Андромеда пройдет на расстоянии большем, чем считалось ранее. По более ранним оценкам, она должна была пройти на расстоянии 100 000 световых лет от нас. Но новые результаты более чем в четыре раза увеличивают эту оценку – 420 000 световых лет (если измерять расстояние между галактическими центрами). Это намного дальше. Но этого все равно недостаточно, чтобы изменить нашу судьбу. Слияние все равно произойдет.
Когда Андромеда будет проходить мимо нас, гравитация каждой галактики будет сильно влиять друг на друга. Звезды на ближней стороне любой галактики будут притягиваться к другой. Возникнуть длинные растяжки, называемые приливными хвостами. Многие звезды будут полностью выброшены из обеих галактик. И будут отправлены в межгалактическое пространство. Взаимная гравитация замедлит обе галактики. И они в конечном итоге остановятся, а затем сблизятся. В результате произойдет прямое столкновение, а затем слияние. После которого обе галактики объединяются в одну, гораздо большую, галактику. Это, вероятно, займет больше времени, чем озвучивали предыдущие оценки. Но это все равно случится.
Большое сжатие
0
С момента Большого Взрыва, который произошел 13,8 млрд лет назад, Вселенная расширяется. Большинство физиков считают, что Вселенная бесконечна, однако есть и противоположное мнение. Если это не так, значит, в какой-то момент она начнет сжиматься — подобно волнам, которые откатываются назад в океан. Вселенная будет уменьшаться и схлопнется в одну точку. Теория Большого сжатия подкреплена теорией относительности Эйнштейна. Однако не стоит волноваться: если нечто подобное и произойдет, то через миллиарды лет.
Столкновение с другой вселенной
0
Что находится за пределами нашей Вселенной? Вероятно — другие вселенные. И если теория множественных вселенных верна, то однажды может произойти великое столкновение. Не исключено, что нечто подобное уже случалось, поскольку наша Вселенная искривлена. Однако в следующий раз последствия могут быть куда более катастрофическими. Другая вселенная может существовать по физическим законам, которые отличаются от наших. Она может врезаться в нас на скорости, близкой к скорости света. Если бы мы могли наблюдать столкновение в замедленном режиме, это выглядело бы так, словно на нас падает гигантское зеркало.
Осциллирующая Вселенная
0
Согласно современным представлениям, Большой Взрыв произошел из сингулярности, то есть из одной точки. Но откуда взялась эта точка? Свое объяснение предлагает теория осциллирующей Вселенной: Большой Взрыв возник после коллапса другой вселенной. Это значит, что наша Вселенная когда-нибудь вновь сожмется в одну точку и из нее возникнет новый мир. Что интересно: если теория верна, значит, мы понятия не имеем, произошла ли наша Вселенная после первого коллапса или после миллион первого.
