Как образуются космические спирали

Спиральные рукава удаленной от нас примерно на 400 миллионов световых лет галактики UGC 3825 возникли в результате действия волн плотности. Об этом свидетельствуют результаты наблюдений, проведенных командой астрономов из Великобритании и США. Именно этой команде исследователей впервые в истории астрономии удалось подтвердить теорию галактических волн плотности в результате прямых измерений. Примененный при этом метод позволит в будущем получить точнейшую картину образования спиральных рукавов вследствие долгоживущих волн плотности, пишут ученые в научном журнале Nature Astronomy.

Галактика со спиральными рукавами UGC 3825. © SDSS

«Как точно образуются спиральные рукава галактик, все еще остается открытым вопросом», - поясняет Томас Петеркен из Ноттингемского университета в Великобритании. - «Мы предполагаем, что, по крайней мере, в галактиках с двумя симметричными спиральными рукавами причиной таких образований являются волны плотности, медленно циркулирующие в диске галактики». Волны плотности представляют собой - подобно звуковым волнам, только в глобальном космическом масштабе - периодические колебания плотности материи.

То есть спиральные рукава не являются твердыми структурами из звезд - в этом случае они быстро бы «размотались» вследствие разных скоростей звезд; скорее они представляют собой гребни волн плотности, а именно те регионы, в которых плотность увеличена. Повышенная плотность запускает коллапс газовых облаков и ведет к увеличению и росту звездообразования. Регионы звездообразования с множеством их молодых ярких звезд с точки наблюдения стороннего наблюдателя и представляются в виде спиральных рукавов.

Такие предположения высказывались уже давно, но до сих пор отсутствовало непосредственное подтверждение существования такого сценария. А все потому, что движение волн плотности само по себе настолько медленное, что не поддается измерению. А движение звезд, которое можно измерить, не связано непосредственно с движением волн плотности. По этой причине Петеркен и его коллеги решили пойти другим путем. «Новообразованные звезды движутся в направлении от гребня волн плотности, - считают исследователи, - причем это движение зависит от относительного движения звезд и скорости волн плотности». Следовательно, скорость волны плотности может быть определена, исходя из расстояния между звездами разного возраста и волной плотности.

Для этого анализа команда использовала спектры галактик с высоким разрешением, полученные в результате исследования в рамках проекта Sloan Digital Sky Survey (Слоановский цифровой небесный обзор) в обсерватории Апачи-Пойнт в Нью-Мексико (США). В рамках сложной процедуры они смоделировали спектры в большом количестве мест в галактике через разные возрастные распределения звезд. Таким образом, им удалось определить движение звезд различного возраста, а отсюда уже вывести скорость движения волн плотности.

Как оказалось, угловая скорость волн плотности не имеет видимой зависимости от расстояния до центра галактики. А ведь именно это и является одним из центральных предположений теории волн плотности. «Таким образом, по крайней мере, для UGC 3825 наблюдаемая спиральная структура вполне согласуется с образованием вследствие квазистационарной волны плотности», -говорят Петеркен и его коллеги. А дальнейшие наблюдения за другими галактиками смогут обеспечить в будущем полную картину этого процесса. Более того: хотя теория волн плотности и не сможет объяснить спиральные структуры во всех типах известных галактик, новый метод вполне способен обеспечить с помощью наблюдений проверку и других физических процессов, которые ведут к образованию спиральных рукавов.