Размер шрифта
А
А
А
Новости
Размер шрифта
А
А
А
Газета.Ru в Telegram
Новые комментарии +

История Галактики в «Космическом глазу»

Гравитационная линза помогла разглядеть, как образуются галактики вроде нашей

Астрономы выяснили, как 11 миллиардов лет назад появилась центральная часть нашей Галактики, разглядев похожий процесс на краю нашей Вселенной через «Космический глаз». В этом им помогли естественный гравитационный телескоп и искусственная лазерная звезда.

Астрономы в абсолютном своём большинстве лишены возможности проводить эксперименты над предметами своих исследований. Уж слишком далеко они находятся, слишком долгие, астрономические, промежутки времени занимают происходящие в них процессы. К тому же масштабы этих процессов таковы, что ни о каком вмешательстве в небесные дела и речи быть не может.

Зато самих объектов для исследований – целая Вселенная, и сами законы нашего мира очень часто помогают астрономам в их работе.

Например, непосредственно увидеть, как эволюционируют галактики, эти огромные конгломераты из многих миллиардов звёзд, не представляется возможным: характерный временной масштаб, в котором происходят заметные изменения в их строении, в миллионы раз больше продолжительности жизни не только отдельных людей, но и всей нашей цивилизации. Но вместо этого можно просто смотреть на множество разных галактик, которыми буквально усыпано небо при наблюдениях в крупные телескопы, и сравнивать, чем близкие галактики отличаются от далёких.

Дело в том что старт всем процессам во всех частях Вселенной был, по современным представлениям, дан одновременно – в момент Большого взрыва около 13,7 миллиардов лет назад, после которого наш мир до сих пор продолжает расширяться. Свет же идёт с конечной скоростью, и наблюдая галактики, находящиеся от нас на расстоянии в 5 миллиардов световых лет, можно составить представление о том, как наша собственная Галактика — Млечный путь — выглядела через 8,7 миллиарда лет после начала времён, когда образовывалось Солнце. А рассматривая галактики на расстоянии в 10 миллиардов световых лет, – узнать, что с ней могло происходить 5 миллиардами лет раньше.

Правда, разглядывать объекты, находящиеся так далеко, очень сложно. Их размеры и яркость ничтожно малы, и чтобы за целую ночь накопить всего тысячу световых квантов, приходится строить огромные телескопы, устанавливать их на вершинах высоких гор, где наблюдениям меньше мешает атмосфера, а то и вовсе выводить в космос, где не мешают ни воздушный океан, ни рассеянный им свет Солнца.

Но иногда природа преподносит и совсем уж приятные сюрпризы. На помощь созданным человеком телескопам приходят телескопы естественные.

Это полезное явление называется гравитационным линзированием. Гигантских стеклянных линз в космосе, конечно, нет. Но искривлять свет может не только кривая стеклянная поверхность, но и гравитационное поле – проходя мимо массивного тела, например, галактики, световые лучи от далёкого объекта изгибаются, как и в стеклянном телескопе прижимаясь к оптической оси, соединяющей источник и линзу. В этом случае объект, расположенный за линзой, покажется нам крупнее, а света от него придёт пропорционально больше.


До сих пор это явление используют, в основном, для изучения свойств самих линз – например, измерения их масс и структуры распределения вещества в них. Гравитационное линзирование – по сути, единственный способ изучения загадочной тёмной материи, которая не излучает и не поглощает электромагнитного излучения, но обладает массой и притягивает к себе не только обычные атомы, но и световые лучи.

В последнее время, однако, гравитационные линзы стали использовать и как настоящие космические телескопы. Первый пример такого применения линз показали несколько лет назад французский астроном Жан-Поль Книб и его коллеги, сумевшие разглядеть галактики, которым всего несколько сот миллионов лет от роду, за массивными галактическими скоплениями, расположенными на луче зрения.

А в последнем номере Nature учёные под руководством Дэниэла Старка из Калифорнийского технологического института в Пасадене опубликовали статью, в которой привели подробное описание галактики MACS J2135-0102.

Из него становится понятным, как образовывались звёздные системы, которым через 10 миллиардов лет суждено было стать гигантскими спиральными галактиками вроде нашего Млечного пути.

Сам объект MACS J2135-0102, расположенный в созвездии Водолея, был открыт несколько лет назад с помощью Космического телескопа имени Хаббла и представляет собой практически полное кольцо – так называемое кольцо Эйнштейна--Хвольсона, в которое далёкий источник спроецировало гравитационное поле эллиптической галактики-линзы, находящейся практически точно между нами и источником, примерно посередине этого пути.

Расстояние до галактики-линзы составляет около 6,5 миллиардов световых лет, до галактики-источника – 11,6 миллиарда световых лет, то есть свет, который мы видим размазанным по кольцу, был испущен, когда Вселенной было чуть больше 2 миллиардов лет от роду. Чтобы по-настоящему проникнуться масштабами, представьте себе, что в то время область пространства, где теперь находимся мы, находилась «за горизонтом» той части мира, где расположен источник, и лишь много позднее этот горизонт, расширяясь со скоростью света, добрался до нас.

MACS J2135-0102 прозвали «Космическим глазом» – за характерную форму. Кто бы мог подумать, что этот глаз позволит нам увидеть, как появились галактики, похожие на нашу собственную. Благодаря увеличению в этой космической лупе 10-метровый телескоп имени Кека, расположенный на Гавайях, смог накопить достаточно света разных длин волн, чтобы определить спектральный состав излучения для каждого отдельного элемента изображения, а сами элементы эти соответствуют участкам галактики всего около 500 световых лет в поперечнике. В таких подробностях далёкие галактики до сих пор ещё никто не видел – даже Космический телескоп имени Хаббла; а уж получить спектры для каждого пикселя, как это сделал прибор OSIRIS телескопа имени Кека, космический ветеран и вовсе не в состоянии.

Имея на руках полученные данные, учёные воссоздали облик и характер движения вещества в юной галактике, расположенной буквально на краю света.

На восстановленном изображении астрономам предстала небольшая по современным меркам, но вполне себе средняя для молодой Вселенной галактика. Изучение смещения спектральных линий водорода и дважды ионизованного кислорода помогло установить скорости движения отдельных участков источника по отношению к его центру. Как выяснилось, скорость эта плавно растёт от одного края изображения к другому – северная часть галактики движется от нас, а южная – к нам.

На деле это означает, что мы видим вращение галактики, притом вращение плавное и спокойное. Его скорость позволяет оценить общую массу вещества в центре, которая оказалась равной примерно 2 миллиардам масс Солнца. Примерно такова и оценка массы всех светящихся звёзд, а значит, во-первых, в центре этой галактики нет какой-нибудь особо массивной чёрной дыры, которая бы весила, скажем, с десяток миллиардов масс Солнца, а во-вторых, в центре правит бал уже не тёмная материя, а обычное вещество.

По мнению авторов работы, в MACS J2135-0102 мы наблюдаем зарождение центральной области гигантской галактики.

Такая область есть и в Млечном пути – она называется «балджем», или вздутием, выпирающим по обе стороны галактического диска в центре нашей звёздной спирали. То обстоятельство, что никаких «посторонних» включений в профиле скорости нет и выглядит он очень ровным и гладким, по мнению авторов, доказывает, что «балджи» образуются при постепенном падении на центр окружающего его газа, а не путём поглощения карликовых галактик. Из выпавшего на центр галактики газа сразу (сразу — по астрономическим масштабам, то есть за миллионы лет) рождаются звёзды, что и позволяет MACS J2135-0102 так ярко светиться. Наблюдения в субмиллиметровом радиодиапазоне показали, что в этой галактике действительно много холодного газа, в котором значительную часть составляют молекулы водорода H2; из такого материала звёзды образовывать особенно удобно.

Что представляет собой «Космический глаз» в наши дни, сказать можно будет лишь через многие миллиарды лет, когда до нас доберётся свет, испущенный галактикой сегодня. Но задатки у неё самые замечательные. Не исключено, что за те 11,6 миллиардов лет истории, которые пока скрыты от нас, к «балджу» за счёт поглощения галактик-соседей присоединился диск, в диске появились спиральные рукава, а в одном из них родилась звезда с планетной системой. И кто знает, может быть, астрономы одной из этих планет сейчас смотрят в «Космический глаз» и по далёкому прошлому Млечного пути пытаются понять историю своего звёздного дома.

Загрузка