С помощью инструмента MUSE на Очень Большом телескопе (Very Large Telescope) Европейской Южной обсерватории (ESO) астрономы провели исследование движения звезд в наибольших и наиболее массивных галактик во вселенной, получив при этом ошеломительный результат: половина из этих галактик явно имеет у себя за плечами очень специфические коллизии.

Бесчисленные звезды в центре нашей Галактики. Фото NASA

Орбитам звезд в массивных галактиках посвящено новое исследование, результаты которого опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. И они оказались поразительными. В то время как половина исследованных в рамках этой работы галактик с очень большой массой, как и ожидалось, вращается вокруг своей малой оси, другая половина галактик вращается вокруг большой оси. Такой вид ротации является, вероятно, следствием особых форм галактических столкновений, при которых сливаются свободные от газа галактики. Это значит, что рост наиболее массивных и больших галактик во вселенной определяется именно такими редкими событиями.

Измерения движения звезд внутри галактик позволяют делать выводы о внутренней структуре галактик, об их трехмерной форме и об их базовом гравитационном потенциале. Чтобы исследовать такие наибольшие и наиболее массивные галактики, команда ученых под руководством доктора Давора Крайновича из Астрономического института Лейбница в Потсдаме (AIP) наблюдала за особо яркими галактиками на расстоянии до 800 миллионов световых лет.

Карта измеренной средней скорости звезд в одной из галактик: синим цветом обозначены звезды в этой части галактики, которые к нам приближаются, а красным – которые от нас удаляются. Фото MUSE / D. Krajnovic

Они «проживают» в самых густых регионах вселенной, например, в таких галактических скоплениях, как сверхскопление Шепли. Но встречаются они очень редко, а масса их примерно в сто раз больше, чем масса нашей родной галактики Млечного пути, которая сама по себе обладает звездной массой в 60 миллиардов Солнц. Кроме того, самые массивные галактики почти не содержат газа, не проявляют активности в звездообразовании, а возраст их звезд составляет не меньше 10 миллиардов лет.

К сожалению, эти галактики слишком сильно удалены от нас, чтобы можно было наблюдать отдельные звезды и их движение. Поэтому исследователи измеряли усредненное движение звезд в определенных регионах. «Для этого наилучшим образом подходят спектрографы интегрального поля», - объясняет Крайнович. - «Мы наблюдаем за галактиками с помощью MUSE, великолепного спектрографа интегрального поля на телескопе Very Large Telescope ESO на горе Серро-Параналь в Чили. Массивные галактики могут проявлять все возможные схемы движения – одни похожи на вращающиеся фрисби, другие же не проявляют выраженного направления вращения. Форма последних напоминает круглые мячи, а некоторых – мячи для регби. Мы наблюдали за самыми массивными галактиками и выяснили, что они отличаются от других галактик».

Большинство галактик средней массы проявляет очень регулярный двигательный стереотип, как это нам известно по дисковым галактикам типа Млечного пути. Дополнительно к упорядоченному движению звезд здесь существует и четко выраженное направление вращения вокруг малой оси объекта; вращательный импульс выравнивается по малой оси сглаженного шара.

«Мы знали, что 15 процентов галактик средней массы имеют нерегулярную схему движения или даже вообще минимально проявляют признаки вращения», - объясняет Крайнович. - «Для таких галактик зачастую общий вектор импульса вращения выравнивается не по главной оси галактики, а сами они имеют сферическую форму и немного растянуты, подобно регбийным мячам. Некоторые из них вообще имеют необычную ориентацию и вращаются вокруг самой длинной оси галактики. Но до сих пор известны были буквально единичные случаи таких проявлений».

В своем исследовании команда астрономов выяснила, что такие галактические «вращающиеся регбийные мячи» встречаются значительно чаще, чем предполагалось, если наблюдать за последним этапом популяции галактик: самыми большими галактиками во вселенной. Результат весьма неожиданный, так как он явно указывает на особый сценарий формирования таких сверхмассивных галактик.

Цифровое моделирование показало, что вращение вдоль большой оси может быть вызвано в результате слияния двух массивных галактик одинаковой величины (и массы), если это происходит на особых орбитах: своеобразное лобовое столкновение в космосе. Такие галактические коллизии представляют собой грандиозные события, полностью переформатирующие внутренние структуры галактик-предшественниц.

Слившаяся галактика похожа по своему виду на мяч для игры в регби. Внутренние же звездные орбиты становятся намного более сложными. Это ведет к кинематике, при которой простые упорядоченные движения замещаются комплексным течением вокруг одной из трех главных осей сфероида. Самые массивные галактики замыкают ряд галактического образования и представляют собой чрезвычайно комплексные системы. И проведенное исследование должно внести свой вклад в разгадку тайны возникновения столь грандиозных галактических систем.