что такое ngc 1277
Галактика NGC 1277
NGC 1277 – компактная линзовидная галактика созвездия Персей: описание и характеристика, величина, масса центральной черной дыры в солнечных, интересные факты.
NGC 1277 – линзовидная галактика, удаленная на 220 миллионов лет. Проживает в Персее, а по видимой величине достигает 14.7. В центре скрывается огромная черная дыра. Примечательна тем, что по размерам выступает одной из наиболее крупных.
28 ноября 2012 года дыру нашла команда Ремко ван ден Бошема. Они использовали телескоп Хобби-Эберли, чтобы проследить трансформацию дисперсии скорости и отыскать это на снимках телескопа Хаббл.
Черная дыра в галактике NGC 1277
Черная дыра в галактике NGC 1277 в 17 миллиардов раз превосходит массу Солнца (14% от галактической). Важно понимать ее масштабы, так как большая часть подобных объектов достигает всего 0.1% галактической массы.
Примечательно также то, что такого монстра нашли в линзовидном галактическом типе, ведь большинство гигантов ютятся в эллиптических. Но на момент открытия она занимала вторую позицию по величине.
Горизонт событий простирается в диаметре в 11 раз дальше, чем дистанция Нептун-Солнце.
NGC 1277 считается малой галактикой, занимающей 10% от размеров нашей. Но ее черная дыра превосходит нашу в 4000 раз.
Соотношение между массой черной дыры и галактической выступает наиболее крупным из известных (в 100 раз больше, чем у типичных галактик). Эта находка может создать новый тип взаимоотношения галактики и черной дыры и поможет разобраться в процессе формирования галактик и их черных дыр.
Принято считать, что размер черной дыры зависит от масштабов центрального галактического региона, потому что полагают, что она развивается вместе с галактикой. Но этот конкретный случай противоречит теории. Вдобавок, нашли еще 5 галактик с подобными монстрами.
В феврале 2013 года выдвинули теорию, что черная дыра в NGC 1277 созвездия Персей могла быть не родной, а выброшенной из гиганта NGC 1275 (Персея А). То есть, в процессе слияния двух эллипсов появилась NGC 1275, а ее черная дыра попала под гравитационное влияние меньшей NGC 1277 и стала ее частью.
Ближайшая по размеру черная дыра расположена в NGC 4486 В. Это спутниковая галактика М 87 в Деве. Она достигает 11% галактической массы.
Факты о галактике NGC 1277
4 декабря 1875 года Лоуренс Парсонс первым зарегистрировал галактику NGC 1277 в созвездии Персей. На ее территории проживают только древние звезды. Наиболее «юным» – 8 миллиардов лет (вдвое старше Солнца!). Пока неясно, почему она не создает новые звезды. Галактика не входит в список объектов Мессье.
Крупнейшая чёрная дыра в известной части Вселенной
Опыт человека показывает, что нельзя быстро выйти на свет. Нужно пройти через сумерки в проявляющийся день до того, как наступит полдень, и солнце зальёт ландшафт.
— Вудро Вильсон
Мы знаем, как формируется большинство чёрных дыр во Вселенной: после смерти массивных звёзд (от 20 солнечных масс и более), появляются чёрные дыры массой от трёх солнечных. Такие звёзды сжигают содержащееся в ядре горючее быстрее других – всего лишь за несколько миллионов лет – и когда ядро уже не может гореть, они коллапсируют. И ничто внутри звёзд, ни атомы, ни ядра, ни кварки с глюонами, не могут устоять перед гравитационным коллапсом, если в звезде было достаточно массы!
Когда звезда достигает массы в 100 солнечных, в её недрах начинают твориться очень странные вещи. В частности, внутреннее ядро звезды разогревается так сильно, что ощутимая часть фотонов достигает энергии, превышающей 511 КэВ, важный энергетический порог. Он достаточно большой для того, чтобы два сталкивающихся фотона могли спонтанно породить электрон-позитронную пару!
В обычной звезде давление наружу и гравитационное сжатие внутрь оказываются сбалансированными и держат звезду. Но это давление оказывается фотонами, движущимися со скоростью света, и если эти фотоны внезапно будут превращаться в медленно двигающиеся частицы материи и антиматерии, давление упадёт, и, возможно, критически.
В зависимости от массы звезды, вся она может испытать выходящую из под контроля реакцию синтеза, уничтожающую всю звезду, или, для наиболее массивных звёзд, большая часть этой массы может сколлапсировать в чёрную дыру! Именно этого мы ожидаем от большого количества звёзд в ближайшем к нам звёздном кластере: R136 в туманности Тарантул.
Вселенной уже много лет, и у неё было множество возможностей создать большие, сверхмассивные звёзды, прожившие, умершие и превратившиеся в чёрные дыры. В центре галактик, в частности, у этих чёрных дыр есть возможность слиться и сильно вырасти. Со временем в большинстве галактик появляются сверхмассивные чёрные дыры – не будет исключением и наша галактика, содержащая чёрную дыру массой в четыре миллиона солнечных. Измерить её можно практически напрямую, наблюдая вращение известных звёзд вокруг точки, не излучающей свет. При этом для существования этих орбит требуется наличие массы в 4 000 000 солнечных.
Нужно помнить, что в нашей галактике от 200 до 400 миллиардов звёзд, так что масса нашей чёрной дыры составляет около 0,1% от всей массы галактики. Это малая часть, но большая цифра. А теперь представьте, что наша галактика не находится в числе крупных, и наша чёрная дыра находится в конце списка сверхмассивных.
Существуют огромные галактические монстры и крупнейшим из ближайших к нам будет Messier 87, гигантская галактика в центре скопления Девы.
Это крупнейшая из ближайших галактик, с массой, превышающей в 200 раз массу нашей. Вам может показаться странной выходящая из неё «линия». Насколько нам известно, это релятивистская струя материи длинной в 5000 световых лет, исходящая из центра галактики! Единственный известный нам объект, способный произвести такое явление, это сверхмассивная чёрная дыра, ощутимо большая по размеру, чем та, что находится в центре нашей галактики.
Если нам нужно измерить массу этой чёрной дыры, лучше обратиться к рентгеновским снимкам космического телескопа Чандра.
Самые свежие измерения показывают, что в галактике есть сверхмассивная чёрная дыра массой в 6,6 миллиардов солнечных – удивительное число, в 1500 раз большее, чем масса гиганта в центре нашей галактики! Это можно подтвердить измерениями струи в радиодиапазоне, проводившимися на VLA.
Что интересно (мне), предыдущая оценка массы центральной чёрной дыры исходила от измерения вспышек в центре M87, что дало массу в 6,4 миллиарда солнечных. Иначе говоря, мы неплохо разбираемся в происходящем там!
Но пока вы не решили, что Messier 87 представляет собой какую-то ненормальную аномалию, давайте я покажу вам большую часть скопления Девы.
Кроме M87 там есть другие гигантские эллиптические галактики примерно на том же расстоянии, включающие M84, M49 и M60, в каждой из которых есть чёрная дыра массой в более чем миллион солнечных. Считается, что обычно – хотя бывают и варианты – эллиптические и линзообразные галактики формируются через слияние нескольких спиральных, их центральные чёрные дыры также сливаются, и поэтому примерно 0,1% всей массы галактики содержится в центральной чёрной дыре.
Поэтому, можно предположить, что в поисках крупнейшей чёрной дыры нужно изучать крупнейшие галактики. Давайте попробуем!
Это скопление Abell 2029, расположенное на расстоянии 1,07 миллиарда световых лет, или в 20 раз дальше, чем скопление Девы. В его центре находится крупнейшая из всех известных галактик Вселенной: IC 1101. Галактика в наиболее удлинённом направлении простирается на два миллиона световых лет, превосходя во много раз Messier 87, и имеет крупнейшую из известных галактических масс во Вселенной. Она простирается на расстояние, в два раза превышающее расстояние от Млечного пути до Андромеды! Включая тёмную материю, её масса равна 100 триллионам солнечных, или примерно всей суммарной массе скопления Девы. (Если погуглить изображения этой галактики, можно наткнуться на слишком преувеличенные картинки. Будьте осторожны).
А что с её чёрной дырой?
Если бы мы знали… Она слишком далеко от нас, недостаточно активна, и наши сегодняшние космические приборы не обладают достаточной точностью для измерения её параметров. Может быть, когда-нибудь! И если бы я заключал пари, то я готов был бы поставить, что в ней действительно находится крупнейшая чёрная дыра в известной Вселенной.
Это была бы умная ставка, но я не был бы удивлён, если бы я ошибся, и причина возможной ошибки вас удивит!
Это скопление Персея, менее впечатляющее скопление, чем Abell 2029. Большая активная галактика в его центре потрясающая, а выделенная галактика совершенно невзрачная: NGC 1277. Этот кластер находится относительно недалеко от нас, чуть более чем в 200 миллионах световых лет – и расстояние до NGC 1277 весьма типичное, около 220 миллионов световых лет. Это не самая крупная галактика, не самая эллиптическая, не самая массивная, не самая яркая. Вообще, судя по её звёздам и общей массе в 120 миллиардов солнечных, она даже менее массивная, чем Млечный путь!
Но если понаблюдать за газом в её центре (а она расположена достаточно близко от нас, чтобы засечь его), можно увидеть, как он двигается и измерить его кинематику. Чем быстрее повышается скорость по мере приближения к центру, тем лучше можно оценить центральную массу галактики.
В этой галактике должна находиться центральная чёрная дыра с потрясающей массой в 17 миллиардов солнечных, составляющей удивительные 14% от общей массы галактики! Это беспрецедентное число, и это не только самая массивная из всех найденных нами чёрных дыр, но и самый большой процент отношения массы чёрной дыры к галактике. Бывают и другие случаи с довольно большими процентами – NGC 4486B и Henize 2-10 – но эти галактики поменьше.
Поэтому, конечно, возможно, что в крупнейшей галактике Вселенной содержится крупнейшая чёрная дыра, но также возможно, что обладателем рекорда станет непримечательная линзообразная галактика, просто по непонятным пока нам причинам содержащая громадную чёрную дыру!
С другой стороны – в пределах погрешности наших измерений – есть ещё один кандидат на крупнейшую чёрную дыру в известной Вселенной, очень отличающийся от рассмотренной нами NGC 1277.
Видите обозначенную на рисунке точку? Это галактика OJ 287, относящаяся к специальному классу объектов под названием блазары. Это компактные внегалактические источники радиоволн, и одни из самых энергетически мощных объектов Вселенной. Это особый тип квазара – активной галактики – у которого одна из самых мощных релятивистских струй направлена в нашу сторону!
Вспомним, как работают такие объекты, как эти активные галактики: их сверхмассивные чёрные дыры кормятся звёздами, газом и другими космическими объектами. Поскольку они разрывают структуры при помощи гравитации и сильно их ускоряют, едоки из них получаются неряшливые. И хотя это один из основных способов роста чёрных дыр, это же и один из способов, которым Вселенная сообщает нам об их присутствии!
Яркость этого источника периодически меняется – с периодом в 11-12 лет – и он испускает вспышки в узком двойном всплеске, связанном с максимальной яркостью. Он красиво смотрится в радиоволнах и в рентгеновском излучении, и наблюдения совпадают не только с тем, что там находится сверхмассивная чёрная дыра огромных размеров, но и с тем, что вокруг неё по орбитам двигаются сверхмассивные чёрные дыры поменьше.
Эта галактика находится на расстоянии примерно в 3,5 миллиарда световых лет от нас, и содержит, возможно, крупнейшую из известных чёрных дыр массой в 18 миллиардов солнечных. (Но из-за погрешностей измерения результаты сильно перекрываются с NGC 1277). Наиболее потрясающей достопримечательностью этой галактики – и причиной того, что мы можем изучать её центральный регион – является чёрная дыра в 100 миллионов солнечных масс (в 25 раз массивнее чёрной дыры в центре Млечного пути), вращающаяся вокруг ещё большей чёрной дыры!
Система с орбитой в 300 раз большей, чем орбита Плутона вокруг Солнца, совершающая оборот всего за 12 лет, позволит нам – если мы всё правильно вычисляем – провести величайшую проверку общей теории относительности. В то время, как прецессия эллиптической орбиты Меркурия вокруг Солнца составляет 43″ за сто лет из-за релятивистских эффектов (1° равен 3600″), эта меньшая чёрная дыра должна обладать прецессией в 39° за один оборот, и должна по спирали упасть в большую чёрную дыру всего за несколько тысяч лет!
И эти две галактики, ближайшая и мелкая NGC 1277 и очень удалённая OJ 287 содержат крупнейшие из известных нам чёрных дыр во Вселенной. Конечно, бывают чёрные дыры и покрупнее, но чтобы найти их, нам потребуется больше удачи, времени и лучшие радиотелескопы и рентгеновское оборудование.
«Хаббл» изучил «мертвую» реликтовую галактику NGC 1277
«Хаббл» изучил «мертвую» реликтовую галактику NGC 1277
В созвездии Персея на расстоянии 220 миллионов световых лет от Млечного пути находится компактная линзовидная галактика NGC 1277. На первый взгляд, это просто один из многочисленных звездных островов населяющих нашу Вселенную. Но если присмотреться поближе, то окажется, что NGC 1277 представляет собой настоящий космический реликт, практически не изменившийся за последние миллиарды лет.
Большинство галактик во Вселенной содержат светила разных популяций: как скопления старых, красных звезд, так и скопления молодых и горячих голубых звезд. Однако это не относится к NGC 1277. В ходе серии наблюдений, выполненных при помощи телескопа «Хаббл», команда испанских астрономов тщательно изучила эту галактику. Оказалось, что она является «красной и мертвой» — т.е. практически не содержит молодых светил. Ее населяют исключительно старые, красные звезды, сформировавшиеся около 10 миллиардов лет назад. В те времена NGC 1277 представляла собой настоящий родильный дом. Новые светила формировались в ней со скоростью, в тысячу раз превышающей скорость звездообразования в Млечном пути.
Сравнение распределения молодых и старых звездных скоплений в NGC 1277 и соседней галактике NGC 1278
Затем галактика полностью исчерпала все запасы вещества, из которого могли бы сформироваться новые звезды, и так и не смогла найти новый источник сырья. На первый взгляд возникает парадокс. NGC 1277 находится в самом центре густо заселенного другими галактиками скопления Персея. Но все дело в ее скорости. NGC 1277 движется со скоростью, превышающей 3 милиона км/ч. Подхватываемые ее гравитацией звезды и облака межзвездного газа попросту не успевают влиться в галактику. Предполагается, что такая участь ждет примерно одну из тысячи галактик во Вселенной.
Таким образом, NGC 1277 практически не изменилась со времени своего формирования. Несмотря на то, что она содержит примерно в два раза больше звезд, чем Млечный путь ее размер составляет лишь четверть от размера нашей галактики. Возможно, как и все галактики, она начиналась как компактный объект, но не смогла собрать достаточно количество материала, чтобы вырасти в размерах и сформировать более сложные структуры.
Еще одна интересная особенность NGC 1277 связана с расположенной в ее центре сверхмассивной черной дырой. Ее масса составляет несколько миллиардов солнечных. Для сравнения, центральная черная дыра Млечного пути весит лишь как 4 миллиона Солнц. Наличие такой массивной дыры подтверждает, что изначально NGC 1277 пережила период весьма бурного роста, который затем сменился «задержкой в развитии».
Ждем вместо старичка Хаббла новый телескоп Джеймс Уэбб и новых открытий.
Странно, что баянометр пропустил
Но у тебя конечно поподробней новость
Сатурн, 18 ноября 2021 года, 18:05
-телескоп Celestron NexStar 8 SE
-линзоблок длинной Барлоу 2х
-корректор атмосферной дисперсии Svbony ADC
-светофильтр QHY IR-cut
Сложение 5000 кадров из 43016.
Место съемки: Анапа, двор.
Мой космический Instagram: star.hunter
Девятой планете быть?
Британский астроном Майкл Рован-Робинсон из Имперского колледжа Лондона обнаружил потенциальную новую планету Солнечной системы
Она тяжелее Земли в 3-5 раз.
Он изучил снимки космической обсерватории IRAS и обратил внимание на объект на окраине Солнечной системы, который может оказаться неуловимой планетой Икс.
Как отметил Рован-Робинсон, параметрам гипотетической планеты Икс соответствует только один объект, присутствующий на снимках IRAS. Если обнаруженный объект на самом деле окажется девятой планетой Солнечной системы, то расстояние между этой планетой и Солнцем составляет от 225 до 250 расстояний между Землей и Солнцем. При этом, планета примерно в три-пять раз массивнее Земли.
Планета Икс — гипотетическое небесное тело, которое, согласно некоторым предположениям, может существовать на окраине Солнечной системы. Несколько лет назад планетологи из США Константин Батыгин и Майкл Браун сообщили, что обнаружили следы планеты Икс — расчеты ученых показали, что таинственная планета, удаленная от светила на 100 миллиардов километров, имеет размеры Нептуна или Урана.
Поиски неуловимой планеты пока что не привели ученых к четким результатам, однако Майкл Рован-Робинсон заявляет, что его открытие может оказаться той самой планетой Икс. Астроном говорит, что небесное тело не было обнаружено до сих пор из-за того, что оно вращается вокруг Солнца по сильно наклоненной орбите.
Ввиду развернувшейся в комментариях дискуссии
Ученый искал эту планету почти 30 лет.
Далее из его работы
В 1980-х годах уже давно существовал интерес к тому, что в то время считалось десятой планетой, Планетой X. Оказалось, что на орбите Нептуна есть необъяснимые обломки. Хотя они были намного меньше, чем обломки на орбите Урана, благодаря которым Ле Веррье и Адамс открыли Нептун, они побудили Томбо к поиску новой планеты. Что привело к открытию в 1930 году того, что мы теперь знаем как карликовую планету Плутон. Быстро стало ясно, что Плутон слишком мал, чтобы объяснить обломки на орбите Нептуна, и поэтому возможность существования десятой планеты оставалась (полный исторический обзор и ссылки см. в Батыгин и др. (2019)).
В 1983 году, работая над подготовкой каталога точечных источников IRAS, я предпринял систематический поиск Планеты X в данных IRAS. Поиск оказался безуспешным, хотя удалось обнаружить комету Боуэлла (Walker и Роуэн-Робинсон 1984). Забавно, что недопонимание, которое произошло на брифинге научной группы IRAS, проведенного старшими сотрудниками НАСА, привело к тому, что в 1983 году в прессе появилась информация о том, что IRAS открыл десятую планету. (см. Rowan-Robinson 2013 для подробного описания того, как возникло это недоразумение).
Интерес к Планете X вновь вспыхнул в конце 1980-х годов
(Harrington 1988, Seidelmann and Harrington 1988, Jackson and Killen 1988, Neuhauser and Feitzinger 1991) и Королевское астрономическое общество организовало дискуссионную встречу в 1991 году по теме «Динамика Солнечной системы и Планета X». Я представил отчет о моих поисках в IRAS и пришел к выводу, что я на 70% уверен, что Планеты X не существует. Цифра 70% относилась к области неба, в которой я смог провести свои исследования IRAS. Отчеты об этой встрече были представлены Моррисоном (1992) и Кроссуэллом (1991).
Впоследствии повторное измерение массы Нептуна выявило отсутствие нептунианских объектов (Standish 1992). Отсутствие отклонений от орбит космических аппаратов «Пионер» и «Вояджер» показывает, что ни одна неизвестная массивная планета Солнечной системы не находится в плоскости эклиптики.
Луман (2014) использовал данные WISE, чтобы установить жесткие ограничения для объектов с массой Сатурна или Юпитера массы объектов в Солнечной системе до 28 000 и 82 000 АЕ (астрономических единиц), соответственно.
Открытие десятков новых карликовых планет в течение последующих двадцати лет привело как к пересмотру определения
Плутона как карликовой планеты, так и к их потенциал в поиске возможных далеких массивных планет на сильно наклоненных орбитах.
Батыгин и Браун (2016) и Браун и Батыгин (2016), развивая идею Трухильо и Шеппарда (2014), предположили, что планета массой в несколько десятков земных масс на наклонной и эксцентричной орбите на расстоянии 280-1000 АЕ может объяснить выравнивание орбит карликовых планет пояса Койпера.
Поскольку эта планета была значительно более удаленной, чем Планета X,
которую я искал в 1983 году, я подумал, что стоит повторить мой поиск в IRAS и определить количественно, каковы ограничения для такого объекта. Фиенга и другие (2016), Холман и Пейн (2016), Иорио (2017), Миллхолланд и Лафтон (2017), Medvedev et al (2017), Caceres and Gomes (2018), Brown and Batygin (2019), Batygin et al (2019) и Fienga и др. (2020), дали дополнительные динамические ограничения на орбиту Планеты 9. В частности, Фиенга и другие (2016) используя данные радиолокации Кассини пересматривают параметры возможной планеты с орбиты Показать полностью 1
«Реликтовая» галактика NGC 1277 подтверждает теорию эволюции массивных галактик
Рис. 1. Линзовидная галактика NGC 1277 (немного левее центра изображения) и ее соседи по скоплению Персея. В центре этой галактики находится одна из самых массивных из известных черных дыр: ее масса оценивается в более чем 15 миллиардов масс Солнца (что в несколько тысяч раз больше массы черной дыры в центре нашей Галактики). Фото с сайта spacetelescope.org
Новые наблюдения сравнительно близкой компактной галактики NGC 1277 показали, что вокруг нее мало шаровых скоплений, бедных элементами тяжелее гелия. Это указывает на то, что NGC 1277 сохранилась до наших дней почти в своем первозданном виде после формирования около 10 миллиардов лет назад, и подтверждает существующие фундаментальные предположения об эволюции массивных галактик вроде нашей.
Для начала — небольшое лирическое отступление, которое позволит лучше осознать важность недавнего открытия, совершенного командой астрофизиков во главе с Майклом Бизли (Michael A. Beasley).
Казалось бы, изучение истории человечества не должно сталкиваться с особыми трудностями: надо лишь читать старые книги, документы и воспоминания, в которых уже написано что, когда, с кем (и почему) произошло, а попутно — выстраивать в музеях артефакты в ряд по дате их создания, которую мастера обязательно указывают на какой-нибудь неприметной детали. И тогда все вопросы исчезнут сами собой.
Но это, конечно, лишь наивная иллюзия. А суровая реальность состоит в том, что в исторических источниках не всегда говорится правда (и пойди еще это докажи!), они могут не соответствовать своему времени (потому что переписываются, а переписываются они порой неизвестно когда и неизвестно кем), а количество дошедших до нас достоверных предметов материальной культуры вообще уменьшается чуть ли не экспоненциально с ростом их возраста. Поэтому получается, что источников в действительности мало, а заслуживающих доверия — совсем мало, так что информацию о далеком прошлом приходится собирать практически по крупицам.
В изучении истории Вселенной (есть даже красивое словосочетание cosmic archaeology — «космическая археология») возникают примерно те же проблемы. Вы, наверное, знаете, что изучение далеких галактик из-за конечности скорости света эквивалентно прямому «рассматриванию» прошлого. Однако, как показывают наблюдения, 10 миллиардов лет назад (то есть через 3,7 миллиарда лет после Большого Взрыва) галактики, в целом, уже были похожи на современные. К тому же, совсем далеких и древних галактик известно не так уж и много. И даже если вам покажется, что удалось найти еще одну такую, придется приложить массу усилий, чтобы доказать это самому себе. А потом — еще больше усилий, чтобы убедить в этом научное сообщество. Но даже в случае успеха эта галактика может иметь столь малые видимые размеры и столь малую видимую яркость, что о детальном изучении ее пространственной структуры и спектра можно будет забыть. Однако, расчеты показывают, что примерно одна из тысячи массивных галактик в местной Вселенной может оказаться «реликтовой» — прошедшей не вполне стандартную для таких галактик жизнь и как бы не тронутой временем (V. Quilis, I. Trujillo, 2013. Expected number of massive galaxy relics in the present-day Universe).
По существующим на сегодня представлениям, жизнь каждой более-менее массивной галактики (после того, как гигантское гало темной материи собрало вокруг себя достаточное количество газа) делится на два этапа. Первый этап — это формирование и эволюция звезд из газа, первично собранного гравитацией темной материи, которая составляет как бы связующий каркас каждой галактики. Этот процесс длился сотни миллионов лет и способствовал образованию звезд следующего, второго, поколения, которые, в отличие от первых звезд, уже были обогащены тяжелыми элементами (см. врезку «О происхождении элементов»). Наименее массивные из них (а, стало быть, не очень горячие — красные — звезды) вполне могли дожить и до нашего времени.
О происхождении элементов
Звезды — главный источник химического разнообразия во Вселенной. В раннюю эпоху ее существования вся материя состояла преимущественно из водорода и гелия. Но после образования первых звезд эти два элемента в ходе термоядерных реакций, текущих в недрах звезд и являющихся основным источником их энергии, начали перерабатываться в более тяжелые элементы. Интересно, что с точки зрения астрофизика вся таблица Менделеева, в общем-то, делится на водород, гелий и «тяжелые элементы». Их еще часто называют «металлами». И те звезды (или газ), в которых обилие этих элементов достаточно велико называют высокометалличными.
На втором этапе сформировавшаяся массивная галактика, в которой почти весь газ, способный стать звездами, уже ими стал, поглощает другие, более мелкие, карликовые галактики-спутники, подпитываясь их материей, увеличиваясь в размерах, массе и, что важно, получая возможность продолжить звездообразование и добавить в свое звездное население «молодую поросль». Если второй этап был пропущен, то должна получиться галактика, которая за прошедшие миллиарды лет так и не смогла «омолодиться» и в этом смысле является «реликтовой».
Одним из аргументов в пользу такой теории «двухэтапной» эволюции было то, что иначе не удается объяснить большое количество свободного газа и молодых звезд, которые мы видим прямо сейчас в галактиках, подобных нашей. И каждое прямое наблюдательное доказательство этой теории имеет большое значение.
Но почему нельзя просто посмотреть на далекие галактики и выяснить, падают ли на них их спутники, какие и в каком количестве? Дело в том, что это не так просто сделать. Карликовые галактики (которые часто являются спутниками больших галактик) очень малы, имеют малую светимость и поэтому их тяжело обнаружить. Яркой иллюстрацией этого служит тот факт, что к концу XX века астрономы смогли обнаружить всего лишь 11 из более чем 50 (известных на сегодня) спутников нашей собственной Галактики (см. Satellite galaxies of the Milky Way). Да, мы можем наблюдать красивейшие картины столкновения больших галактик сравнимых масс (см., например, статьи Анатомия космической птицы и Космический пингвин). Более того, такая же судьба через 4–5 миллиардов лет ждет и наш Млечный Путь с Туманностью Андромеды. Но такие события редки. А вот маленьких галактик существенно больше, и поэтому вероятность столкнуться с ними (или притянуть к себе, если это спутник) у обычных галактик гораздо выше. И именно такие события должны давать значительный вклад в эволюцию массивных звездных систем.
И здесь особую роль сыграла линзовидная компактная галактика NGC 1277 (рис. 1). Она по крайней мере в два раза меньше и в 10 раз легче Млечного Пути. Она расположена на расстоянии 220 млн световых лет в созвездии Персея и в этом смысле является сравнительно близкой. Ее размеры и масса сравнимы с параметрами тех молодых галактик, которые наблюдатели находят на красных смещениях z > 2 (что соответствует возрасту Вселенной около 3 миллиардов лет). Это позволило уже заподозрить ее в «реликтовости». Ведь даже чисто статистически не каждая массивная галактика во Вселенной пройдет стандартный эволюционный путь, описанный выше. Исследование спектра этой галактики в 2013 году показало, что он соответствует излучению исключительно старых звезд возрастом порядка 10 миллиардов лет, которые, причем, обогащены тяжелыми элементами (I. Trujillo et al., 2013. NGC 1277: a massive compact relic galaxy in the nearby Universe).
Но этот факт еще не говорит напрямую об истории взаимодействия этой галактики со своими возможными спутниками. А вот то, что новое исследование сферического гало NGC 1277 показало недостаток малометалличных шаровых скоплений, входящих в состав этой галактики, говорит о многом.
Здесь необходимо пояснить две вещи. Во-первых, в галактиках, схожих по массе и размеру с NGC 1277, есть шаровые скопления — компактные сферические системы из тысяч (а порой — и сотен тысяч) звезд. И массивные звезды в них тоже со временем производят тяжелые элементы. Однако, — и это во-вторых, — если шаровое скопление находится в поле тяготения маломассивной галактики, то выброшенная взрывом сверхновой материя скорее улетит в межгалактическое пространство, нежели вернется обратно и позволит возникнуть более металличным звездам. В массивных же галактиках ситуация обратная — там обогащенный металлами газ скорее вернется назад. В результате, маломассивный спутник, падающий на более массивную галактику, обладает гораздо меньшей металличностью и приносит ей почти исключительно водород и гелий (рис. 2). В том числе — в виде новых малометалличных шаровых скоплений. А последние внешне отличаются от более металличных своим цветом, так как выглядят более голубыми.
Рис. 2. Зависимость доли голубых шаровых скоплений в разных галактиках скопления Девы, от массы галактики. Видно, что в менее массивных галактиках (
10 9 масс Солнца) почти все шаровые скопления голубые. В более массивных галактиках их в среднем около половины. Однако в галактике NGC 1277 (оранжевый кружок), при массе в 10 11 солнечных, доля голубых скоплений составляет не более 20%. Это говорит о том, что эта галактика не прошла через этап аккреции дополнительного вещества после формирования. Изображение из обсуждаемой статьи в Nature
Еще более 20 лет назад было замечено, что популяции шаровых скоплений в галактиках действительно состоят из двух частей — «красных» и «голубых». И такую бимодальность логично было объяснить именно тем, что голубые (малометалличные) скопления — пришлые, то есть достались галактике от поглощенных ею маломассивных спутников. В рамках этой идеи галактика, если она оставалась «нетронутой» с момента ее образования, не должна иметь (или иметь, но мало) голубых шаровых скоплений в своем составе.
Именно это и проверяли астрофизики в обсуждаемой работе. Они наблюдали окрестности NGC 1277 на телескопе «Хаббл» и измерили цвета более сотни шаровых скоплений, принадлежащих ей и галактике NGC 1278, видимой на небе по соседству с NGC 1277. Оказалось, что показатели цвета скоплений, принадлежащих NGC 1277, имеют систематически большие значения (см. врезку «Цвета в астрономии»). Это говорит об их «красноте» и, стало быть, их большей металличности (рис. 3).
Рис. 3. Распределение «красных» (слева) и «голубых» (справа) шаровых скоплений в районе галактики NGC 1277. Чем темнее, тем больше скоплений приходится на одну квадратную угловую минуту неба. Контурами показаны границы галактик, в том числе NGC 1278, расположенная на 10–15 млн световых лет ближе к нам. Видно, что в этой галактике присутствуют как голубые, так и красные скопления, а в NGC 1277 голубые скопления почти полностью отсутствуют. Изображение из обсуждаемой статьи в Nature
То есть рядом с этой галактикой почти нет малометалличных скоплений, которыми она могла бы обогатиться за счет своих спутников. Значит, можно утверждать, что NGC 1277 не проходила второй этап эволюции и поэтому осталась достаточно маломассивной и компактной. Эта галактика — настоящий реликт, найденный почти «на заднем дворе».
Цвета в астрономии
То, что она, имея малые размеры, массу (то есть будучи похожей на галактики, которые мы видим на расстояниях в 10 миллиардов световых лет) и исключительно старые звезды в составе, оказалась галактикой без признаков дополнительной аккреции вещества, является почти прямым доказательством того, что именно аккреция вещества из галактик-спутников определяет эволюцию таких галактик. А ее близкое расположение открывает замечательную возможность детально исследовать свойства первых галактик: проводить их спектральный и кинематический анализ и лучше разобраться в особенностях их взаимодействия с межгалактической средой. Здесь не случайно написано «галактик» во множественном числе, так как подобные объекты наверняка еще будут найдены в наших окрестностях Вселенной.
Источник: Michael A. Beasley, Ignacio Trujillo, Ryan Leaman & Mireia Montes. A single population of red globular clusters around the massive compact galaxy NGC 1277 // Nature. 2018. DOI: 10.1038/nature25756.
Автор признателен д.ф.-м.н. Ольге Сильченко, к.ф.-м.н. Ивану Каткову и д.ф.-м.н. Анатолию Засову за их комментарии, прояснившие важные детали обсуждаемой работы.