Эллиптическая галактика UGC 10143 — вселенский дом престарелых звёзд
Чаще всего на поражающих воображение фотографиях, сделанных орбитальными телескопами, фигурируют спиральные галактики (если телескоп фотографирует что-то космологически далекое от нас). Спиральные галактики красивы, фактурны — в них прослеживается интересная структурность и детализация, они разноцветны — есть на что посмотреть. Да мы и сами живем практически в образцовой спиральной галактике, поэтому наши симпатии к подобным вселенским конструкциям понятны, а может быть даже подсознательны и очень глубоки в нас.
Но мир галактик не исчерпывается только звездными городами со спиральной архитектурой. Есть не менее многочисленный и не менее впечатляющий класс эллиптических галактик. Но поблизости от нас таких немного. Чаще всего мы даже путаем их с теми несчастными бедолагами, которые при неосторожном взаимодействии с более крупными и сильными жителями Вселенной лишились своих спиральных ветвей, обнажив беззащитный балдж. Яркий тому пример — спутники Галактики Андромеды, долгое время считавшиеся карликовыми эллиптическими галактиками, но теперь мы знаем, что перед нами разоренные спиральные галактики небольшого размера, не устоявшие перед гравитацией более крупной галактики.
Пришло время посмотреть на истинную эллиптическую галактику, чтобы понять, что представляет собой эта разновидность вселенских островов из триллионов звезд.
Снимок одной из очень крупных эллиптических галактик сделал космический телескоп имени Хаббла. Фотография была опубликована два года назад — 13 мая 2022 года. Правда, сейчас этот снимок переживает новый всплеск популярности.
Эллиптическая галактика UGC 10143, как её «увидел» космический телескоп имени Эдвина Хаббла 13 мая 2022 года
Галактика с каталожным номером UGC 10143 (или — PGC 56784) расположена в созвездии Змеи. Змея — уникальное созвездие — единственное на звездной карте, разделенное на части — голову и хвост. Данная галактика находится в «Голове Змеи», на продолжении жала, выступающего из разинутой пасти небесного пресмыкающегося. Она очень далека от нас — почти 500 миллионов световых лет расстояние до этого огромного звёздного города. Но не только до него — до целого скопления галактик, в центральной части которого она оказалась, как можно догадаться, не случайно. Галактика UGC 10143 — не просто звездный город, она — столица целой метагалактической республики, которую астрономы нарекли Abell 2147. Это скопление, насчитывающее несколько десятков галактик среднего и небольшого размера, в свою очередь, погружено в середину сверхскопления Геркулеса, и вероятнее всего является его ядром. Само оно удаляется от нас со скоростью около 10 тысяч километров в секунду — это как раз то самое космологическое разбегание галактик. Но члены скопления, напротив, стягиваются друг к другу — сближаются, и в перспективе многие из них сольются в нечто очень большое.
Положение галактики UGC 10143 на границе созвездий Змеи и Геркулеса
Судя по всему, центром тяжести скопления галактик Abell 2147, а может быть даже всего сверхскопления Геркулеса, является грандиозная эллиптическая галактика UGC 10143, о которой наш сегодняшний разговор.
Фотография галактического кластера Abell 2147 с эллиптической галактикой UGC 10143 в центре кадра
Нетрудно догадаться, что эта галактика сама является результатом множества галактических слияний — не случайно она столь огромна. Она представляет собой сферу из звезд, в два раза превышающую поперечник галактики Андромеды. Но если галактика Андромеды — это в первую очередь тонкий диск из звезд, то галактика UGC 10143 — в первом приближении шар (точнее — эллипсоид вращения), и понятно, что её объем плотно населенный звездами, словно одно большое шаровое звёздное скопление, содержит в сотни или тысячи раз больше светил, чем любая из соразмерных с ней спиральных галактик. А сколько всего в ней звезд — сотни триллионов или квинтиллион звёзд? — этого астрономы пока еще не знают.
Все эти бесчисленные звезды достались галактике UGC 10143 от её предшественниц, которые слились между собой в далеком прошлом, и образовали вот такой исполинский звездный мегаполис. Среди тех галактик наверняка были и спиральные. Но в итоге все собралось в одну эллиптическую. И сам собой возникает вопрос: «В будущем все спиральные галактики обречены превратиться в эллиптические, утратив свои спиральные структуры?»
По всей видимости — да.
Спиральные галактики — молодые вселенские структуры. Они могут быть небольших или средних размеров. Вся их молодость заключена в спиральных ветвях — там преимущественно горят голубые новорожденные звезды, и на всех фотографиях спиральные ветви имеют белый или сине-голубой оттенок. Ядро и балдж спиральных галактик желтоватые или даже красно-оранжевые — там преимущественно живут старые звезды. По сути своей, когда галактика теряет свои спиральные ветви, от неё остается лишь ядро и балдж (сфероидальное уплотнение вокруг ядра), а это и есть основа эллиптической галактики.
Но куда же деваются спиральные ветви?
Существует несколько механизмов их потери.
Самый простой и понятный, это — слияние галактик. Уже само сближение массивных звездных островов вносит хаос в их симметрию, разрушает гармоничную динамику вращения звёздного диска. Часть звезд из ветвей начинает падать на ядро, а другие устремляются вдаль от него, и навсегда покидают окрестности своей галактики, в которой родились. Слияния и даже просто сближение галактик всегда сопровождаются значительным рассеянием населения спиральных ветвей. Но звезды галактического ядра и балджа как правило очень хорошо скреплены взаимной гравитацией — они там ближе друг к другу, и связь их прочнее — они не разбегаются. Поэтому, после слияния, ядра галактик и их балджи могут уцелеть, объединиться. А оставшемуся населению разрушенных спиральных ветвей ничего не остается, как влиться в этот звездный шар.
Галактики «Антенны» — NGC 4038 и NGC 4039 — сливаясь теряют часть своих спиральных ветвей и превращаются (как показывает моделирование) в эллиптическую галактику
Второй механизм не подразумевает слияния сам по себе. Достаточно одной спиральной галактики, но с пробужденной сверхмассивной черной дырой в её центре, чтобы избавиться от спиральных ветвей. Дело в том, что галактический диск состоит не только из звезд. Значительную часть его массы составляет межзвездный газ. Он кажется прозрачным — как-будто невесомым. Но это не так. Масса газовой составляющей может превосходить звездную, или как минимум равняться ей. Потому что почти в каждой спиральной галактике в настоящую эпоху скрыт потенциал звёздообразования сравнимый с тем, что уже реализовалось в виде сияющих в ней звезд. Вот, сколько в галактике уже зажглось светил, еще столько же может с течением времени образоваться из наполняющего её спиральные ветви межзвездного газа… если только он куда-нибудь не денется…
А как он может пропасть?
Благодаря активности сверхмассивной черной дыры, которая пробудилась, начала поглощать газ и даже неосторожные звезды в своих окрестностях, разрывая их перед этим. А то, что в неё по каким-то причинам не попало, выбрасывать в виде звёздного ветра во все (или — некоторые) стороны, причем настолько интенсивно, что этот поток излучения и плазмы из ядра галактики буквально выдувает водород из галактического диска и гало.
Казалось бы, как можно выдуть столько газа, масса которого сравнима с массой звезд галактического диска? Ведь звезды не выдуваются…
Не забываем, что галактика вращается, и достаточно небольшого импульса, чтобы газовой составляющей пришлось покинуть свою устойчивую орбиту. А звезды не выдуваются, потому что они в галактических масштабах практически точечные — парусность у них нулевая.
И вот тогда, когда водород в галактике иссяк, вдруг выясняется, что равномерное и устойчивое вращение звездного галактического диска — и спиральных ветвей в его составе — поддерживать уже больше нечем. Масса газовой составляющей была слагаемым равновесия, без которой оставшиеся звезды частично выгорают от старости, а частично уходят вдаль от ядра, покидая пределы его гравитационного влияния (или, как альтернативный вариант, — падают на ядро, вливаясь в него).
Как говаривал один старый Джедай:
«Не дай Бог Вам родиться в галактике с активной черной дырой в ядре!»
Галактика «Сигара» или M82 уже никогда не будет прежней после внезапной активизации двойной сверхмассивной черной дыры в её ядре
Ну, а о банальном галактическом каннибализме, когда проходящая мимо массивная галактика просто забирает себе спиральные ветви меньшей по размеру и массе галактики, мы уже много раз говорили.
В итоге, рано или поздно, большинство спиральных галактик проэволюционируют в эллиптические — либо сбросят ветви, либо сольются.
Занятно, как одновременно во Вселенной работают два противоречивых механизма — разбегание галактик, и слияние галактик в нечто более крупное, чем привычный для нас звездный город. Результатом таких разнонаправленных тенденций станут огромные галактики-шары, из которых другие галактики в некоторый момент перестанут быть наблюдаемыми. И их жители (если таковые станут возможны) будут иметь все основания считать, что никаких других галактик в этом мире, кроме их собственной, более не существует.
Взаимное расположение скоплений и сверхскоплений галактик в нашем ближайшем метагалактическом окружении. В условное наше время
Но вернемся в процветающее галактическое скопление Abell 2147, и к возглавляющей его галактике UGC 10143.
Космический телескоп не случайно сделал эту фотографию, и уж точно не ради наших лайков в соцсетях. Это часть большой исследовательской работы по изучению шаровых звездных скоплений в далеких галактиках. Дело в том, что с расстояния в пол-миллиарда световых лет разделить на отдельные звезды галактики ни в какой современный телескоп не получится. Но можно посчитать в них шаровые звездные скопления, которые с такого расстояния видны телескопу имени Эдвина Хаббла как звезды — можно даже исследовать их спектры и понять, какой процент тяжелых химических элементов присутствует в их звёздах.
Шаровые звездные скопления — своеобразные исторические маркеры внутри каждой галактики, который рассказывает нам о том, из чего данная галактика сложилась. А сложилась она из других галактик — путем слияния. Многие шаровые скопления являются ядрами тех самых галактических кирпичиков, их которых построены современные крупные галактики — как спиральные, так и эллиптические. Посчитайте, сколько в галактике шаровых скоплений и узнаете, сколько слияний она имела в своей истори (не ровно столько же, но близко к тому). Например, в нашей Галактике Млечный путь известно около 150 шаровых звездных сколплений. Не все из них являются бывшими ядрами галактик, но некоторая пропорциональная часть (предположим, что — половина). В галактике Андромеды нам известны 400 шаровых скоплений, хотя вероятно, что их немного больше — до пятисот. А в эллиптической галактике UGC 10143 астрономы насчитали порядка 20 тысяч шаровых звездных скоплений — в 40 раз больше, чем в самой крупной галактике Местной Группы Галактик.
Глядя на галактику UGC 10143 приходится удивляться тому, насколько насыщенной бывает жизнь некоторых галактик.
В 2010 году в этой галактике вспыхнула сверхновая звезда, предположительно II типа, но, к сожалению, астрономы пропустили это событие, и свидетельство этой вспышки было обнаружено сильно позже — на архивных фотоснимках Ликской обсерватории, сделанных примерно неделю спустя после максимума вспышки, и звезда уже почти угасла до уровня шумов и помех. Надеяться на скорую вспышку еще одной сверхновой не приходится — в спиральных галактиках они могут быть частыми, особенно на излете очередной волны активного звёздообразования. А в эллиптических галактиках звездообразование сошло на нет — здесь только старые звезды, которые медленно тлеют, но сверхновыми вспыхивают крайне редко. А молодым короткоживущим гигантам, завершающим свой звездный путь вспышкой сверхновой, здесь взяться не из чего — нет в этой галактике достаточного количества водорода — кончился. Разве что, пыль осталась. Но и той немного. Поэтому никаких, характерных для спиральный ветвей, темных пылевых полос в эллиптических галактиках как правило нет. В лучшем случае на фоне сияния этого звездного шара можно заметить лишь самые неуловимые неоднородности, но и те с течением времени рассеяться — покинут пределы этого звездного города — стерильного как больничная палата, где ни один из пациентов никогда не будет выписан.
Впрочем, такая безрадостная перспектива ждет всю нашу Вселенную, если в ней ничего не изменится. Но разве не для того в ней возникла жизнь, чтобы появился шанс переписать несколько скучный финал вселенской истории, или вовсе избавить её от какого бы то ни было однозначного финала.
Фрагмент эллиптической галактики UGC 10143 и кластера Abell 2147. Космический Телескоп имени Эдвина Хаббла
