Открыто несколько механизмов формирования спиральных галактик

Международная команда астрофизиков, в состав которой вошли и российские ученые, доказала, что спиральные рукава галактик возникают не по единому шаблону. существует как минимум несколько сложных механизмов их формирования, чем предполагалось ранее.

Волны плотности

Наиболее известной теорией долгое время считалась теория волн плотности. Эта модель предполагает, что звезды и газ движутся по своим орбитам, но в определенных областях происходит временное увеличение их плотности, создавая видимость стационарных волн – спиральных рукавов. Эти волны, подобно звуковым, распространяются по галактическому диску, сжимая вещество и инициируя звездообразование вдоль своих гребней, что и делает их такими яркими и заметными. Традиционно считалось, что эти волны плотности вращаются с постоянной угловой скоростью, подобно твердому диску.

Проблема моделирования

Однако, как отмечают исследователи, попытки воспроизвести наблюдаемые спиральные структуры в рамках даже самых современных компьютерных моделей галактик, включающих миллиарды частиц, зачастую не приводят к убедительным результатам. Получаемые спиральные узоры далеко не всегда соответствуют многообразию форм, наблюдаемых в реальных галактиках.

Ученые из Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) и их коллеги из Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова и Пулковской астрономической обсерватории разработали принципиально новый подход. Вместо того чтобы сосредотачиваться на моделировании, они сосредоточились на поиске наблюдаемых признаков в самих галактиках, которые могли бы однозначно указывать на тот или иной механизм формирования спиралей.

В поисках доказательств

Для проверки своих гипотез исследователи тщательно изучили три спиральные галактики, представляющие различные морфологические типы. Одна из них демонстрировала четко выраженные зоны, где, предположительно, должны были проявляться признаки того или иного механизма. Другая галактика характеризовалась более "размытыми" данными по всему диску, что усложняло анализ. Третья галактика представляла особый интерес, поскольку теоретически в ней могло существовать несколько радиусов коротации – областей, где скорость вращения спирального узора совпадает со скоростью вращения вещества галактического диска.

Ученые использовали целый арсенал астрономических методов: проводили детальные наблюдения за движением газа внутри галактик, анализировали пространственное распределение звезд различного возраста (поскольку молодые звезды обычно концентрируются в спиральных рукавах), а также сравнивали изображения галактик, полученные в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах электромагнитного спектра. Для обработки и анализа такого большого объема данных была разработана специальная компьютерная программа.

Неожиданные результаты

Результаты исследования оказались весьма неожиданными и революционными. В частности, галактика М 100, обладающая поразительно четкими и симметричными спиральными рукавами, вопреки общепринятому мнению не продемонстрировала явных признаков "волны плотности" с постоянной угловой скоростью. Это ставит под сомнение универсальность этой теории, по крайней мере, для галактик подобного типа.

В то же время, при изучении двух других галактик – NGC 3686 и NGC 2403 – астрофизикам впервые удалось достоверно обнаружить свидетельства существования одного и даже двух различных типов волн плотности, вращающихся с разными скоростями. Это стало убедительным доказательством того, что формирование спиральных рукавов может быть гораздо более сложным и многофакторным процессом, включающим взаимодействие нескольких волновых структур.