Модель столкновения галактик. Столкновения галактик. Туманность Андромеды: схема поиска
Скриншот из приложения
Космос, бескрайний и величественный космос… Как много загадок таятся в его глубинах? Наверно, человек никогда не разгадает и половины из них. Наша Солнечная Система – это всего лишь частичка в бесконечном числе звездных скоплений – Галактик, колыбелей звезд и планетарных систем. Они неспешно плывут по бескрайним просторам Вселенной. Иногда случается, что пути Галактик пересекаются. Тогда происходят столкновения по-настоящему грандиозных масштабов.
При столкновении Галактик происходят выбросы энергии такой силы, что это слабо поддается осмыслению. В результате подобных событий слившиеся в одно Галактики начинают светиться с еще большей силой.
Столкновение галактик – процесс невероятно долгий, учитывая размеры этих космических объектов. Он может занимать миллионы и даже миллиарды лет. Естественно, ученым никогда не удастся наблюдать за процессом от начала до конца. Поэтому на помощь астрономам приходит вычислительная техника. Современные компьютеры позволяют воссоздать процесс, ускоренный в тысячи и тысячи раз.
Галактические столкновения на экране монитора
Интерактивное 3D столкновение двух галактик позволяет взглянуть на процесс столкновения каждому из нас.
Можно наблюдать, как сталкиваются две Галактики. При этом гравитация притягивает их ядра, которыми чаще всего являются черные дыры, и они начинают свой космический танец. При этом часть звездных систем выбрасывается за пределы области и они начинают свой одинокий путь по просторам космоса. В программе звездные системы представлены цветными точками.
Как пользоватся
Для навигации в программе используется мышь. Движением ее в окне приложения осуществляется смена ракурса, а вращение колесика позволяет изменять масштаб. Нажатие кнопки мыши приводит к сбросу моделирования. Процесс начинается заново.
Эта небольшая программа заставляет задуматься, а что же будет с нашим миром, когда через три миллиарда лет пересекутся Млечный Путь и Туманность Андромеды, спешащие навстречу друг другу? Окажемся ли мы на задворках Вселенной одинокой блуждающей Солнечной Системой? Или наше небо озарится новыми звездами? И будут ли вообще к тому времени люди на нашей Земле, которые застанут это?
Столкновение галактик - событие поистине грандиозных масштабов. Ничто во всей Вселенной не может сравниться с этим явлением по величине, кроме разве что Большого Взрыва.
Предполагаемое столкновение двух "близлежащих" галактик - Млечного Пути и туманности Андромеды (M31) - произойдет приблизительно через 5 - 5,5 миллиардов лет. Столкновение галактик носит не совсем обычный характер. В отличии от столкновений, астероидов например, в которых происходит непосредственный контакт и разрушение самих объектов, при столкновении пыле-звездных скоплений, крайне маловероятно, что объекты вроде звёзд и планет, содержащихся в каждой галактике, действительно столкнутся друг с другом из-за малой концентрации вещества и высокой отдаленности отдельных объектов. Так например, Проксима Центавра из созвездия Лиры - ближайшая после Солнца звезда, удалена от нас на 4,22 световых года, это расстояние в 270 000 раз больше чем дистанция между Землей и Солнцем. Для сравнения, если представить Солнце мячиком для гольфа, то Проксима будет находиться на расстоянии в 700 км.
То что галактики сливались ранее уже давно не новость, доказательств этого уже было найдено предостаточно. А вот столкнется ли наша галактика с туманностью Андромеды до сих пор точно не ясно: во-первых, пока еще собрано слишком мало данных относительно характеристик обеих галактик, в частности главная загвоздка - это измерение поперечной скорости вращения Андромеды; во-вторых, мощности даже самых передовых суперкомпьютеров все еще недостаточно для моделирования таких масштабных процессов и тем более учета всех возможных и не возможных условий и факторов. Как отмечают ученые, небольшое смещение с мертвой точки произойдет уже в конце этого года благодаря запуску нового космического телескопа Gaia, который должен будет измерить поперечную скорость соседской галактики путем определения точной светимости звезд Андромеды.
фотографии сливающихся галактик, сделанные телескопом Хаббл
Даже если столкновение не произойдет приблизительно через 3 миллиарда лет вышеупомянутые галактики сблизятся настолько, что с Земли невооруженным глазом будет отчетливо видна туманность Андромеды и самые яркие ее звезды, по размерам и яркости она приблизиться к Луне.
приблизительно так будет выглядеть Андромеда на ночном небе через 3 млрд лет
Такие столкновения довольно распространенное явление - под действием силы гравитации галактики время от времени притягиваются друг к другу и сливаются. Та же Андромеда, например, в прошлом поглотила как минимум одну карликовую галактику наподобии Млечного Пути. Не исключается также, и тот факт, что Солнечная система может быть выброшена на самый край новой галактики или вообще за ее пределы. Однако, как бы странно это не звучало, подобное событие не принесет каких-либо негативных воздействий для нашей планетарной системы.
Данные видеоролики - результат моделирования столкновения на самых мощных суперкомпьютерах мира. Первые два были созданы Фрэнком Саммерсом из Научного института космологических исследований на основе работ профессоров Криса Мигоса и Ларса Хернквиста. Доверять компьютерной визуализации на 100 процентов не стоит, т. к. уже отмечалось выше вычислительная мощность ЭВМ пока недостаточна.
Сформированную галактику предлагают назвать Млекомедой.
По одной из теорий . Другая теория полагает, что наша Галактика находится на пути столкновения с Андромедой. В какой-то момент в течение следующих нескольких миллиардов лет они соберутся воедино с катастрофическими последствиями.
Некоторые звезды будут выброшены за пределы новой галактики, другие разрушены, так как столкнутся со сливающимися сверхмассивными черными дырами. Спиральные структуры Млечного Пути и Андромеды будут уничтожены и трансформированы в единую гигантскую эллиптическую галактику. Но как бы пугающе это не звучало, на самом деле этот процесс является естественной стадией эволюции галактик.
Пара сливающихся галактик на расстоянии 45-65 миллионов световых лет от Земли. Credit: Hubble / ESA
Гравитация столкновений
Галактики удерживаются вместе за счет взаимного притяжения и вращаются вокруг общего центра. Взаимодействие между галактиками является вполне распространенным явлением, особенно между гигантом и небольшой спутниковой галактикой. В какой-то момент спутник подходит слишком близко к гиганту и попадает в точку, где гравитация захватывает его и вовлекает в один из спиральных рукавов «убийцы».
В некоторых случаях траектория движения спутника может пересекаться с гигантской галактикой. При таком сценарии столкновение может привести к слиянию, при условии, что ни одна из них не имеет достаточного импульса, чтобы продолжить свое движение после столкновения.
Если одна из галактик гораздо больше, чем другие, то после встречи она останется практически без изменений и сохранит свою форму, в то время как меньшие галактики удалятся друг от друга и станут частью более крупной структуры. Ученые полагают, что Андромеда в своем прошлом поглотила как минимум одну галактику, а Млечный Путь в настоящий момент находится в процессе слияния с несколькими карликовыми галактиками (например, с Карликовой эллиптической галактикой в Стрельце).
Впрочем, слово «столкновение» не совсем уместно, так как чрезвычайно разреженное распределение материи в галактиках говорит нам о том, что столкновение между звездами или планетами крайне маловероятно.
Андромеда и Млечный Путь. Столкновение
В 1929 году Эдвин Хаббл представил данные наблюдений, которые показали, что далекие галактики движутся прочь от Млечного Пути. Это позволило ему вывести закон Хаббла, который гласит, что расстояние до галактик и их скорости могут быть определены путем измерения их красного смещения, то есть явления, при котором свет от объекта смещается в красную часть спектра при его удалении.
Однако, спектрографические измерения Андромеды показали, что ее свет смещен в сторону синей части спектра (фиолетовое смещение). Это указывает на то, что в отличие от большинства галактик, которые наблюдались с начала ХХ века, Андромеда движется к нам.
В 2012 году, основываясь на данных Хаббла (собранных в период с 2002 по 2010 год), исследователи определили, что столкновение Млечного Пути и Андромеды неминуемо. Фиолетовое смещение показало, что Андромеда движется к нам со скоростью примерно 110 километров в секунду.
Исходя из этого, вполне вероятно, что галактики столкнутся примерно через 4 миллиарда лет. Исследования также показали, что M33, третья по величине и яркости галактика в Местной группе, будет участвовать в этом мероприятии. По всей вероятности, M33 окажется на орбите структуры, образованной после слияния Млечного Пути и Андромеды, и в конечном итоге станет ее частью.
Последствия
При столкновении галактик, большие из них поглощают более мелкие, разрывая их на части и забирая звезды. Но когда галактики схожи по размеру, как Млечный путь и Андромеда, слияние полностью ломает их спиральные структуры. В конечном итоге две группы звезд создадут гигантскую эллиптическую галактику.
Такое взаимодействие может спровоцировать небольшой всплеск звездообразования. Столкновение галактик формирует обширные водородные облака, которые могут вызывать ряд гравитационных коллапсов. Кроме этого, подобные слияния вызывают преждевременное старение галактик, так как большая часть газа превращается в звезды.
После всплеска звездорождения в галактиках заканчивается топливо. Самые молодые и горячие светила взрываются как сверхновые, и все, что остается, это старые, холодные красные звезды, живущее очень долго. Вот почему гигантские эллиптические галактики, результаты столкновений, содержат так много красных звезд и так мало активных областей звездообразования.
Вид с Земли этапов прогнозируемого слияния Млечного пути и Андромеды. Credit: NASA; ESA; Z. Levay and R. van der Marel, STScI; T. Hallas, and A. Mellinger
И хотя Андромеда содержит около 1 триллиона звезд, а Млечный Путь – около 300 миллиардов, шанс столкновения даже пары светил ничтожно мал из-за огромного расстояния между ними. Однако, обе галактики содержат сверхмассивные черные дыры, которые встретятся недалеко от центра новообразованной галактики.
Слияние черных дыр вызовет орбитальную энергию, переданную звездам, которые в последствии перенесут светила на более высокие орбиты в течение миллионов лет. Когда две черные дыры окажутся на расстоянии светового года друг от друга, они начнут излучать гравитационные волны.
Подхваченные комбинированной черной дырой газ может создать светящийся квазар или активное ядро в центре вновь образованной галактики. И наконец, последствие слияние черных дыр может «дать пинка» некоторым звездам, которые станут гиперзвуковыми изгоями, прихватившими с собой свои планеты.
> Столкновение галактик. Компьютерная 3D модель
Рассмотрите качественную 3D модель столкновения галактик : моделирование последствий, процесс слияния в режиме онлайн, столкновение центральных черных дыр.
Кто знает, сколько нераскрытых тайн и загадок таит в себе неизведанный и бескрайний космос? Людям не суждено разгадать их до конца, даже знания о родной Солнечной Системе довольно ограничены, она является всего лишь пылинкой, плывущей в окружении бескрайних звездных скоплений. Человечество уже много тысяч лет стремится узнать все тайны Вселенной, ему даже удалось постичь некоторые истины, но эти знания чересчур ограничены и поверхностны.
Многочисленные неспешно плывут в холодном космосе, иногда происходят их столкновения , масштабы которых даже сложно представить обычному человеку. Это, без преувеличения, явления вселенской величины и значимости, вряд ли сравнимые по своей зрелищности с чем-либо в этом мире.
Последствия столкновения галактик
Когда происходит столкновение двух галактик, выброс энергии, сопутствующий данному процессу, невозможно осмыслить человеческим разумом. Как результат, два гиганта, слившиеся в одно целое, начинают светиться с удвоенной мощью. Данное событие чрезвычайно длительное с человеческой точки зрения и может продолжаться несколько миллиардов лет – естественно, по этой причине ученые лишены возможности наблюдать весь процесс слияния с самого начала и до его завершения. К счастью, современные компьютерные технологии позволяют смоделировать момент столкновения галактик , укоротив ее в сотни тысяч раз.
Модель столкновения галактик на компьютерном мониторе
Внимание! Используйте указатель мыши для изменения ракурса.
Каждый человек теперь имеет возможность полюбоваться интерактивным процессом столкновения галактик в 3D разрешение. Новое приложение позволяет наблюдать за притяжением двух галактических ядер, которые являются , вследствие чего начинается завораживающий космический хоровод. Некоторое количество звездных систем покидает новообразованную галактику, и продолжает свой бесконечный путь во Вселенной – программа показывает их в виде цветных точек.
Анимационное изображение столкновения галактик
Управление программой, моделирующей столкновение галактик
Вся навигация программы, моделирующая столкновение галактик, осуществляется с помощью мыши – смену ракурса можно производить движением ее в окне программы, масштаб изменяется простым движением колесика. Для того чтобы сбросить моделирование и начать процесс заново, следует нажать кнопку мыши.
Данное приложение позволяет глубже окунуться в тайны мироздания и даже представить себе возможные глобальные последствия столкновения двух гигантов – и Млечного Пути.
|
Андромеда - галактика, также известная как M31 и NGC224. Это спиральное образование, расположенное на расстоянии примерно 780 kp (2,5 млн от Земли. Андромеда - галактика, находящаяся ближе всего к Млечному Пути. Названа она в честь одноименной мифической принцессы. Наблюдения 2006 года позволили сделать вывод, что здесь насчитывается около триллиона звезд - как минимум в два раза больше, чем во Млечном Пути, где их существует порядка 200 - 400 млрд. Ученые считают, что столкновение Млечного Пути и галактики Андромеды случится примерно через 3,75 млрд лет, и в итоге будет образована гигантская эллиптическая или дисковая галактика. Но об этом чуть позже. Сначала узнаем, как выглядит "мифическая принцесса". На рисунке изображена Андромеда. Галактика имеет бело-голубые полосы. Они образуют вокруг нее кольца и укрывают горячие раскаленные гигантские звезды. Темные сине-серые полосы резко контрастируют на фоне этих ярких колец и показывают области, где в плотных облачных коконах образование звезд только начинается. При наблюдении в видимой части спектра кольца Андромеды больше похоже на спиральные рукава. В ультрафиолетовом диапазоне эти образования скорее напоминают кольцевые структуры. Они были ранее обнаружены телескопом НАСА. Астрономы считают, что эти кольца свидетельствует об образовании галактики в результате столкновения с соседней более 200 млн лет назад. Спутники АндромедыТак же как и Млечный Путь, Андромеда имеет ряд карликовых спутников, 14 из которых уже обнаружены. Самые известные - М32 и М110. Конечно, маловероятно, что звезды каждой из галактик столкнутся друг с другом, так как расстояния между ними очень большие. О том, что же в действительности произойдет, ученые имеют пока довольно смутные представления. Но уже придумано для будущей новорожденной название. Млекомеда - так именуют еще не родившуюся гигантскую галактику деятели науки.
Столкновения звездАндромеда - галактика, насчитывающая 1 трлн звезд (10 12), а Млечный Путь - 1 млрд (3*10 11). Однако шанс столкновения небесных тел ничтожно мал, так как между ними существует огромное расстояние. Например, ближайшая к Солнцу звезда Проксима Центавра находится на удалении в 4,2 световых лет (4*10 13 км), или 30 млн (3*10 7) диаметров Солнца. Представьте, что наше светило - это мячик для игры в настольный теннис. Тогда Проксима Центавра будет выглядеть как горошина, находящаяся на расстоянии 1100 км от него, а сам Млечный Путь простираться вширь на 30 млн км. Даже звезды в центре галактики (а именно там их наибольшее скопление) расположены с промежутками в 160 млрд (1,6*10 11) км. Это как один мячик для настольного тенниса на каждые 3,2 км. Поэтому шанс, что какие-нибудь две звезды столкнутся при слиянии галактик, чрезвычайно мал.
Столкновение черных дырГалактика Андромеды и Млечный Путь имеют центральные Стрелец А (3,6*10 6 масс Солнца) и объект внутри P2 скопления Галактического ядра. Эти черные дыры сойдутся в одной точке возле центра новообразованной галактики, передавая орбитальную энергию звездам, которые со временем сместятся на более высокие траектории. Вышеописанный процесс может занять миллионы лет. Когда черные дыры приблизятся на расстояние одного светового года друг от друга, они начнут испускать гравитационные волны. Орбитальная энергия станет еще мощнее, до тех пор пока слияние не завершится полностью. Исходя из данных моделирования, проведенного в 2006 году, Земля может быть сначала отброшена почти к самому центру новообразованной галактики, затем пройдет около одной из черных дыр и будет извержена за пределы Млекомеды.
Подтверждения теорииГалактика Андромеды приближается к нам со скоростью примерно 110 км в секунду. Вплоть до 2012 г. не было никаких способов узнать, произойдет столкновение или нет. Сделать вывод о том, что оно почти неминуемо, ученым помог Космический Телескоп Хаббла. После отслеживания перемещений Андромеды с 2002 по 2010 г. был сделан вывод, что столкновение случится примерно через 4 млрд лет. Подобные явления широко распространены в космосе. Например, считается, что Андромеда в прошлом взаимодействовала как минимум с одной галактикой. А некоторые карликовые галактики, такие как SagDEG, и сейчас продолжают сталкиваться с Млечным Путем, создавая единое образование.
Исследования также показывают, что М33, или Галактика Треугольника, - третий по размерам и самый яркий представитель Местной группы - тоже будет участвовать в этом событии. Наиболее вероятной ее судьбой будет заход на орбиту образовавшегося после слияния объекта, а в далеком будущем - окончательное объединение. Однако столкновение М33 с Млечным Путем раньше, чем приблизится Андромеда, или наша Солнечная Система будет отброшена за пределы Местной группы, исключается. Судьба Солнечной СистемыУченые из Гарварда утверждают, что сроки объединения галактик будут зависеть от тангенциальной скорости Андромеды. Исходя из расчетов, сделали вывод, что есть 50% шанс, что при слиянии Солнечная Система будет отброшена на расстояние, втрое превышающее текущее до центра Млечного Пути. Точно не известно, как поведет себя галактика Андромеда. Планета Земля тоже находится под угрозой. Ученые говорят о 12% вероятности, что мы через некоторое время после столкновения будем отброшены за пределы нашего бывшего "дома". Но это событие, скорее всего, не произведет сильных неблагоприятных эффектов на Солнечную Систему, и небесные тела не будут разрушены. Если исключить планетарную инженерию, то ко времени поверхность Земли сильно раскалится и на ней не останется воды в жидком состоянии, а значит и жизни.
Вероятные побочные явленияКогда объединяются две спиральные галактики, водород, присутствующий на их дисках, сжимается. Начинается усиленное образование новых звезд. Например, это можно наблюдать во взаимодействующей галактике NGC 4039, иначе известной как "Антенны". В случае слияния Андромеды и Млечного Пути считается, что газа на их дисках останется мало. Звездообразование будет не таким интенсивным, хотя вполне вероятно зарождение квазара. Результат слиянияГалактику, образованную при слиянии, ученые предварительно называют Млекомеда. Результат моделирования показывает, что получившийся объект будет носить эллиптическую форму. Его центр будет иметь меньшую плотность звезд, чем современные эллиптические галактики. Но вероятна также и дисковая форма. Многое будет зависеть от того, сколько газа останется в пределах Млечного Пути и Андромеды. В недалеком будущем оставшиеся сольются в один объект, и это будет означать начало новой эволюционной ступени.
Факты об Андромеде
В заключение хочется посоветовать читателям почаще поднимать свой взгляд на звездное небо. Оно хранит много нового и неизведанного. Найдите немного свободного времени, чтобы понаблюдать за космосом в выходные. Галактика Андромеды на небе - зрелище, которое непременно стоит увидеть. |
