Столкновение галактик - самый грандиозный процесс во Вселенной

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.

Группа галактик Хиксон 90
Две большие эллиптические галактики (по бокам) без областей звездообразования буквально перетягивают каждая к себе, изогнутую спиральную галактику NGC 7174 (по середине).

Галактики испытывают сильное гравитационное взаимодействие, и в конечном счете, NGC 7174 будет уничтожена двумя прожорливыми соседками.

Как уже говорилось, бОльшей части звезд при столкновениях галактик ничего не грозит. Но небольшой процент звездного населения все же ждет печальная участь. Самые прожорливые и опасные члены, населяющие каждую галактику - центральные Сверхмассивные Черные Дыры (СЧД), которые находятся в центре любой «нормальной» галактики. («Сверхмассивными» их называют из-за колоссальных масс — до нескольких миллиардов солнечных.)

Именно звезды, пыль и газ, захваченные центральными черными дырами, могут создать активное ядро или светящийся квазар (ядро галактики, излучающее в сотни раз мощнее всех звезд Млечного Пути) в центре вновь образованной галактики.

У сидящих, по большей части, на голодном пайке центральных черных дыр, при взаимодействиях и слияниях галактик наступает прямо-таки праздник живота, сопровождающийся сверхмощными ИК-излучениями, гамма-всплесками, релятивистскими струями (джетами) и прочими признаками активности ядер.

Телескоп "Хаббл" запечатлел квазар PG 1012 + 008, расположенный на расстоянии 1,6 млрд. св. лет от Земли, сливающийся с яркой галактикой (объект чуть ниже квазара).
Эти два объекта находятся на расстоянии 31 000 световых лет друг от друга. Компактная галактика слева от квазара также может начать сливаться с этой группой.

Да, слияние галактик сопровождается и слиянием их центральных сверхмассивных черных дыр. Дыры начинают сближаться уже после первого пролета галактик друг сквозь друга.
Компьютерное моделирование показывает, что от первого пролета до слияния СЧД проходит больше миллиарда лет: вращаясь вокруг общего центра масс, черные дыры медленно теряют энергию и сближаются.

Как увидеть если не сам момент слияния двух СЧД, то хотя бы их тесные пары?
Многочисленные наблюдения показывают, что у каждой обособленной галактики должна быть одна и только одна СЧД. Если же их две, то перед нами результат недавнего слияния двух галактик. Обнаружение не одного, а двух активных ядер галактик — это и есть искомая улика!

Некоторые галактики, однако, могут иметь активное ядро, в котором и одна СЧД притягивает к себе достаточно газа и пыли, чтобы быть невидимой в оптическом диапазоне. Чтобы увидеть скрытые за пылью финальные стадии сближения черных дыр, нужны данные телескопов, работающих в инфракрасных диапазонах.

И они таки были найдены! На конец 2018 года было обнаружено 9 явных галактик с двойными сверхмассивными черными дырами.

Вверху — NGC 6240. Слева - фото телескопа Хаббл в оптике, справа увеличенно - в ближнем ИК-диапазоне. Видны два сближающихся активных ядра, внутри которых находится по сверхмассивной черной дыре.

Для каждой пары нижних снимков левый получен телескопом Pan-STARRS (оптика), а правый — телескопом Кека с применением адаптивной оптики (ближний ИК).
СЧД на каждом снимке удалены друг от друга примерно на 3 200 св. лет и должны столкнуться в ближайшие 10 миллионов лет.

Различные гравитационные взаимодействия между галактиками, вплоть до слияний, - это вполне распространенное явление во Вселенной. Эти процессы является естественными и одними из наиболее важных в эволюции галактик.

Но результат гравитационного взаимодействия трудно предсказуем. Он зависит от очень многих факторов, зачастую неподвластных даже компьютерному моделированию. К тому же, это невероятно долгий процесс, учитывая размеры этих космических объектов. Он может занимать миллионы и даже миллиарды лет.

Естественно, ученым никогда не удастся наблюдать за процессом от начала до конца. Однако, можно попытаться воссоздать процесс, ускоренный в тысячи и тысячи раз, на компьютере.

Компьютерное моделирование столкновения галактик с реальными фотографиями в качестве примеров.

Сейчас навстречу друг другу мчатся наша звездная система и галактика Андромеды. Нас разделяют уже 2,5 млн. св. лет, а скорость сближения равна 120 км/сек.

Что произойдет через 4 миллиарда лет, в данный момент точно не известно. Произойдёт ли столкновение или галактики просто разойдутся, выяснить пока нельзя. Но даже если не будет столкновения и они всего лишь разминутся на близком расстоянии, взаимное притяжение заставит галактики изменить траектории. Не исключено, что затем они сольются и дадут жизнь новой эллиптической системе.

Это произойдет, когда наше Солнце будет уже умирающей звездой. Но на небосводе над мертвой Землей будут сверкать вновь рожденные созвездия и скопления звезд. А может быть чернота бескрайней межгалактической пустоты.
Поживем - увидим..


P.S. Ещё несколько красивых изображений:

Квинтет Стефана или Группа галактик Хиксон 92.
Как следует из названия, представляет собой группу из пяти галактик. Название, однако, немного неправильное.
Исследования показали, что член группы NGC 7320 (вверху слева), на самом деле примерно в семь раз ближе к Земле, чем остальная часть группы - на расстоянии 40 млн. св. лет от Земли. Другие члены квинтета проживают на расстоянии 290 млн. св. лет в созвездии Пегаса.

Arp 142 или Пингвин и Яйцо.
Пара состоит из разрушенной спиральной галактики NGC 2936 и её спутника – эллиптической галактики NGC 2937 (внизу слева).
326 млн. св. лет, созвездие Гидра.

Аrp 256 - система из двух спиральных галактик на ранней стадии слияния.
Эта взаимодействующая пара по яркости в инфракрасном спектре превышает яркость Солнца более чем в сто миллиардов раз.
Аrp 256 расположен в созвездии Кита, на расстоянии около 350 млн. св. лет от Земли.

NGC 4650A — линзообразная галактика (S0) с полярным кольцом, находящаяся в созвездии Центавр.

Галактика является одной из первых, у которых было обнаружено полярное кольцо. Необычная дисковая структура таких галактик еще не до конца понятна. Возможно, что полярные кольца являются остатками колоссальных столкновений между двумя галактиками, по крайней мере, 1 миллиард лет назад.
То, что осталось от одной галактики, стало вращающимся внутренним диском старых красных звезд в центре.

Аrp 271 в 110 млн. св. лет от нас.
Такое столкновение будет ожидать и наш Млечный Путь при сближении с галактикой Андромеда.

Всё!