Большинство самых красивых галактик выросло из «гадких утят»

В 20-х годах прошлого века американский астроном Эдвин Хаббл разделил галактики (как их тогда называли, внегалактические туманности) на типы, выстроив их вдоль ставшей впоследствии знаменитой раздвоенной последовательности. Ученые тогда только-только выяснили (во многом усилиями самого Хаббла и его сотрудников), что галактики -- это не туманные облака газа и пыли на задворках Млечного Пути, а сами себе огромные и очень далекие звездные системы, состоящие из миллионов и миллиардов солнц.

Камертон Хаббла

Впрочем, даже в лучшие телескопы подавляющее большинство галактик выглядело просто как туманные пятнышки или вытянутые закорючки, так что в основу своей классификации Хаббл положил именно внешний вид. Округлые пятна разной степени вытянутости он отнес к типу эллиптических галактик E, красивые плоские спирали -- к типам S и SB, в зависимости от наличия в их центрах прямой перемычки или «бара». В последний тип «неправильных» звездных систем Irr вошли галактики, форма которых не позволяла отнести их к остальным типам. Был и дополнительный тип, Q -- галактики, форму которых на фото разглядеть не удалось.

Позднее между типами E и S/SB поместились линзовидные галактики (тип S0), у которых, как у спиралей, был диск и некоторое центральное «вздутие» (балдж), но не было спиральных ветвей. Кроме того, типы с самого начала поделились на подтипы -- в зависимости от вытянутости (для эллиптических систем), степени закрутки спиральных ветвей и их соотношения с балджем (для спиралей) и «клочковатости» (для неправильных галактик).

Хаббловскую классификацию удобнее всего изобразить в виде диаграммы, напоминающей камертон, в основании которого находятся эллиптические системы Е, а концы расходятся, как спирали с баром SB и без оного S. «Уродцев» типа Irr рисовали в стороне, между зубьями вилки. Эту диаграмму так и стали называть -- камертон Хаббла, и эта классификация до сих пор в ходу у ученых. Как выяснилось, хаббловский тип галактики неплохо коррелирует с ее физическими свойствами -- типичным возрастом звезд, количеством газа и так далее.

Далекое прошлое

В наши дни астрономы уже не пытаются объяснить камертон жизненной развилкой в эволюции галактик. Это раньше предполагалось, что часть эллиптических галактик в своем развитии идет по пути спиральных систем с перемычкой, а другая -- спиралей без таковой, а после этого все вместе деградируют в неправильные галактики.

Сейчас так никто не думает. Скорее, наоборот: астрономы полагают, что движение идет примерно в противоположном направлении. Небольшие галактики неправильного типа со временем вливаются в спирали и даже во многом ответственны за появление у последних самих спиральных рукавов. А если сливаются крупные галактики классов S или SB, то после долгой релаксации на их месте остаются эллиптические объекты.

Хорошо бы, конечно, было посмотреть на такую эволюцию в развитии, однако человеческая жизнь ничтожно коротка в сравнении с сотнями миллионов и миллиардами лет, в которые в галактиках происходят заметные перемены. Зато когда астрономы вглядываются очень далеко, они заглядывают в далекое прошлое Вселенной, на те миллиарды лет, которые свет от далеких объектов добирался до наших телескопов. Так что если нельзя увидеть, как перемены происходят в настоящем, можно хотя бы посмотреть, как галактики выглядели в прошлом, и увидеть, что изменилось.

Небо с неба и с Земли

К сожалению, и это не так просто. На расстоянии в миллиарды световых лет галактики видно плохо, и, даже если мы видим сотни таких систем, никто не даст гарантии, что это «типичные» галактики прошлого, а не наиболее заметные. Чтобы выйти из этого положения, астрономы из Франции, Панамы и Китая под руководством Франсуа Аммера из Парижской обсерватории решили скомпенсировать сложность обнаружения далеких галактик использованием очень мощного инструмента.

Полторы сотни галактик на расстоянии 6 млрд лет в прошлое, составивших «далекую» выборку, ученые исследовали по фотографиям, полученным космическим телескопом имени Хаббла (того самого Хаббла, что разделил галактики на типы). Далекие галактики Аммер и его коллеги сравнили с более чем сотней местных (окружающих Млечный Путь) галактик, изображения которых получил более скромный инструмент -- телескоп SDSS Слоуновского цифрового обзора неба. Он, кстати, имеет почти тот же диаметр, что и «Хаббл», но расположен не в космосе, а на Земле, в американском штате Нью-Мексико.

Ученые тщательно рассмотрели всевозможные эффекты наблюдательной селекции, убедились, что смотрят на галактики примерно одинаковой истинной светимости, и определили принадлежность каждой галактики к тому или иному хаббловскому типу. На выходе Аммер и его коллеги получили два хаббловских камертона -- тот, который наблюдается сейчас, и тот, который наблюдался во Вселенной 6 млрд лет назад. К удивлению астрономов, они оказались очень не похожими и не очень соответствующими нашим нынешним представлениям об эволюции галактик.

Вилка вилок

В наши дни большинство крупных галактик относится к спиральному типу. Из галактик ярче 10 млрд солнц, которые изучали Аммер и его коллеги, 72% принадлежит к типам S и SB. Примерно 15% относится к типу S0, 3% -- к эллиптическим системам типа E, оставшиеся 10% -- к неправильным галактикам Irr. В общем, вполне себе приличный камертон: короткая ножка, длинные зубцы и кучка «уродцев».

А вот 6 млрд лет назад, когда еще не было ни Земли, ни Солнца, состав был совершенно иным. Больше половины галактик было неправильными, а спирали составляли немногим более 30%. Число эллиптических и линзовидных галактик практически не изменилось -- 4 и 13% соответственно, при том что неопределенность этих величин составляет 1-2%. Зубья камертона были куда короче, а «уродцев» -- впятеро больше.

При этом речь идет о галактиках одной и той же яркости, а значит, примерно одинаковой массы! По мнению авторов работ, опубликованных в европейском журнале Astronomy and Astrophysics, полученные ими результаты означают, что за 6 млрд лет большинство неправильных галактик просто превратилось в спирали, у них развилась спиральная структура. При этом сами спирали за тот же срок не спешили превращаться в другие типы, например, сливаясь в эллиптические системы.

А у нас все не так

Все это не очень вяжется с современными представлениями о галактической эволюции. Если верить теории, эпоха крупных слияний должна была завершиться гораздо раньше, а последние 5-6 млрд лет должны были быть относительно спокойными. Спиральные галактики медленно поглощали соседей-карликов, а нечастые встречи между крупными спиралями должны заканчиваться образованием эллиптических галактик.

По-видимому, современная теория не очень соответствует действительности, полагают Аммер и его коллеги. Они предлагают новую гипотезу, согласно которой спиральная структура крупных звездных систем то и дело обновляется за счет слияний между богатыми свежим газом неправильными галактиками. Правда, о подробностях этих процессов французские астрономы ничего содержательного сказать не могут. Да в принципе и не должны -- это дело теоретиков.

Впрочем, в самое последнее время теория -- точнее, численные расчеты -- начала подтягиваться к наблюдениям. Как показали некоторое время назад ученые под руководством Фабио Говернато из Университета американского штата Вашингтон, крупные слияния действительно могут приводить к образованию крупных спиральных, а не эллиптических систем. При этом ключевую роль играет именно свежий газ, который, по сути, заново отращивает галактикам их спиральные рукава после каждого крупного слияния.

Впрочем, и такой сценарий явно не универсален. Самым заметным исключением из него является наша собственная Галактика -- Млечный Путь. Как показывает анализ различных компонент нашей звездной системы, она в последние миллиарды лет ни в каких крупных слияниях не участвовала. Не исключено, что именно благодаря этому спокойствию у жизни на нашей планете была возможность развиться до достаточного уровня сложности, чтобы задавать вопросы о происхождении Млечного Пути. И искать на них ответы с той или иной степенью успеха.