Галактический резонанс написал во Вселенной букву «Х»

Среди тысяч фотографий самых разных небесных объектов, которые телескоп имени Хаббла получил за два десятка лет работы в космосе, портреты галактик пользуются особой любовью публики. Когда в январе руководство проекта в честь начала Всемирного года астрономии предложило всем желающим выбрать следующий объект для съемки через интернет-голосование, галактики легко обошли запутанные области звездообразования и цветастые планетарные туманности. Двойная галактика под номером 274 из каталога Хэлтона Арпа победила с почти трехкратным отрывом от ближайшего преследователя – и в начале апреля телескоп по заказу интернет-сообщества сделал снимок.

Галактика из Волос

На фотографии, которую в среду опубликовал Европейский информационный центр космического телескопа, также представлена галактика. Она носит обозначение NGC4710, находится примерно в полусотне миллионов световых лет от Земли в направлении на созвездие Волосы Вероники и принадлежит крупнейшему в наших вселенских окрестностях скоплению Девы.

NGC4710 – спиральная галактика, видимая с ребра. На снимке, который сделала Улучшенная камера для обзоров ACS космического телескопа, хорошо виден и тонкий диск из молодых звезд, изъеденный прожилками парящей в их свете пыли, и яркое вздутие в центре галактики, известное как «балдж», и сплюснутое гало старых звезд, простирающееся далеко за границы кадра. Так с ребра выглядела бы и любая другая спиральная или линзовидная галактика, даже наша собственная.

Но главная «изюминка» этого снимка в другом. С первого взгляда ее можно даже и не заметить. Приглядитесь к картинке повнимательней: над и под плоскостью диска от центра этой галактики отходят четыре едва заметных светлых полосы, которые вместе образуют что-то вроде буквы «Х» галактических масштабов. Судя по цвету и другим характеристикам этой «буквы», она состоит из звезд. Что заставило их выстроиться в такую необычную структуру?

Что за Х?

NGC4710 – не единственная галактика с Х-образным центром. Такие объекты редки, но встречаются, и астрономам они известны как один из подтипов галактик с «ящикообразным» балджем, или псевдобалджем. Природа этих образований пока точно не установлена, но большинство специалистов склоняются к мысли, что это центральные перемычки между спиральными рукавами галактик – видимые с ребра и, не исключено, еще и с торца.

Такая интерпретация следует как из наблюдений, так и из компьютерных расчетов, моделирующих эволюцию миллионов звездных орбит в галактиках, похожих на настоящие. Во многих из них на определенном этапе эволюции может появиться структура чуть ли не квадратной формы. Так что «ящикообразные» балджи (псевдобалджи) – просто разрушающиеся галактические перемычки, на которые мы посмотрели в нужное время и под нужным углом.

Что же касается Х-образной формы, то здесь точного ответа пока тоже нет, но предположение имеется. «Скорее всего, речь идет о некотором резонансе в движении звезд по своим орбитам», – пояснил в беседе с Infox.ru научный сотрудник Государственного астрономического института имени Штернберга (ГАИШ) МГУ Иван Катков.

Законное вырождение

На первый взгляд, непонятно, о каком «резонансе» идет речь. Когда вы, например, раскачиваете мост, все ясно: резонанс – это совпадение частот вынуждающей колебательной силы (солдатских сапог, например) и собственных упругих колебаний моста. А какие, казалось бы, частоты есть в звездных орбитах, кроме, собственно, частоты обращения вокруг центра галактики? Оказывается, есть еще как минимум парочка – это частоты колебаний в вертикальном и радиальном направлениях.

Те, кто изучал в школе астрономию, могут помнить, что планеты движутся по вытянутым эллиптическим орбитам. Это замкнутые траектории, так что когда, скажем, Марс завершает полный круг вокруг Солнца, он оказывается на том же расстоянии от светила, где и начал его, и на той же высоте над плоскостью орбиты Земли. То есть планета не только вращается, но и совершает колебания – радиальные (к Солнцу – от Солнца) и вертикальные (вверх-вниз).

В случае замкнутой траектории частоты этих колебаний совпадают друг с другом и с частотой обращения вокруг Солнца (иначе орбита не была бы замкнутой), так что о каких-то колебаниях можно и не задумываться. Однако не все знают, что замкнутость планетных орбит – в некотором смысле случайность. Если бы закон всемирного тяготения был бы не законом обратных квадратов, а законом обратных кубов или даже квадратов с небольшой добавкой, орбиты были бы не замкнутыми, а планеты бы в своем беге вокруг Солнца выписывали сложные розетки.

В этом случае частоты вертикальных и радиальных движений могут не совпадать ни друг с другом, ни с частотой обращения вокруг центра. И именно так обстоит дело в случае большинства возможных законов тяготения. И лишь закон обратных квадратов – исключение. Совпадение частот в этом случае даже называется забавным термином «случайное вырождение».

Перекресток троп

Но какое нам дело до вырождения и умозрительных законов тяготения, возразит внимательный читатель: ведь во Вселенной-то работает закон Ньютона! И любые поправки к нему от теории относительности в случае движения звезд по их галактическим орбитам – крохотны.

Действительно, во Вселенной работает закон обратных квадратов Ньютона. Однако галактики – это протяженные объекты, а потому, удаляясь от центра галактики, любая звезда чувствует притяжение все большего числа звезд, оставшихся ближе к центру, чем она сама. Из-за этого сила притяжения падает медленнее, чем по закону обратных квадратов. А частоты вертикальных и радиальных колебаний могут не совпадать ни друг с другом, ни с частотой обращения звезды вокруг центра.

А в тех случаях, когда они совпадают, орбиты могут получаться и замкнутыми. Такие траектории гораздо лучше прочерчены оказавшимися на них звездами – ровно по той же причине, по которой тропинки в лесу утоптаны до смерти всего зеленого, а в поле даже мелкая трава спокойно растет. Такие же топтаные тропинки мы видим и на фото NGC4710.