Gaia корректирует время столкновения Млечного Пути и Андромеды
Астрономы давно подозревали, что Андромеда однажды столкнется с Млечным путем, полностью изменив наше космическое соседство
Космический телескоп ЕКА Gaia взглянул за пределы нашей Галактики и исследовал две близлежащие галактики, чтобы выявить звездные движения внутри них и то, как они однажды будут взаимодействовать и сталкиваться с Млечным путем — и получил неожиданные результаты.
Наш Млечный Путь принадлежит большой группе галактик, известной как Местная группа, и вместе с галактиками Андромеды и Треугольника — также называемыми M31 и M33 соответственно — составляют большую часть массы группы.
Астрономы давно подозревали, что Андромеда однажды столкнется с Млечным путем, полностью изменив наше космическое соседство. Тем не менее, трехмерные движения галактик Локальной группы оставались неясными, рисуя неопределенную картину будущего Млечного Пути.
«Нам нужно было исследовать движения галактик в 3D, чтобы раскрыть, как они росли и развивались, и что влияет на их особенности и поведение», — говорит ведущий автор работы Роланд ван дер Марел из Space Telescope Science Institute в Балтиморе, США.
«Мы смогли сделать это, используя второй пакет высококачественных данных, выпущенных Gaia».
В настоящее время Gaia строит самую точную трехмерную звездную карту и выпускает свои данные поэтапно. Данные из второго выпуска, выпущенного в апреле 2018 года, были использованы в этом исследовании.
Предыдущие исследования Локальной группы объединили наблюдения с телескопов, включая космический телескоп Хаббл и наземный Very Long Baseline Array, чтобы выяснить, как со временем менялись орбиты Андромеды и Треугольника. Две дискообразные спиральные галактики расположены на расстоянии 2,5-3 миллионов световых лет от нас и достаточно близко друг к другу, чтобы они могли взаимодействовать.
Появились две возможности: либо Треугольник находится на невероятно длинной 6-миллиардной орбите вокруг Андромеды, но уже попадал в нее в прошлом, либо в настоящее время он находится на своем первом заходе. Каждый сценарий отражает различный орбитальный путь и, следовательно, различную историю формирования и будущее каждой галактики.
В то время как Хаббл получил самое четкое представление об Андромеде и Треугольнике, Gaia измеряет индивидуальное положение и движение многих из их звезд с беспрецедентной точностью.
«Мы просмотрели данные Gaia, чтобы идентифицировать тысячи отдельных звезд в обеих галактиках, и изучили, как эти звезды перемещались в своих галактических домах», — добавляет соавтор исследования Марк Фардал.
Удлиненная область, видимая ниже центра Галактики и указывающая в направлении вниз, — это карликовая галактика Стрелец, небольшой спутник Млечного Пути, который оставляет поток звезд позади в результате гравитационного рывка нашей Галактики. Эта слабая особенность видна только в этом виде, а не на карте всего неба, основанной на яркости звезд, в которой преобладают яркие источники. Более темные области на плоскости Галактики соответствуют передним облакам межзвездного газа и пыли, которые поглощают свет звезд, расположенных дальше, за облаками.
Вдоль изображения также разбросано множество шаровых скоплений — групп звезд, объединенных их взаимной гравитацией, а также целых галактик за пределами нашей. Два ярких объекта в правом нижнем углу изображения — это Большое и Малое Магеллановы Облака, две карликовые галактики, вращающиеся вокруг Млечного Пути. Также видны другие близлежащие галактики, в частности крупнейший галактический сосед Млечного Пути — галактика Андромеда (также известная как M31), видимая в левом нижнем углу изображения вместе со своим спутником, галактикой Треугольника (M33).
«В то время как Gaia в основном стремится изучать Млечный путь, она достаточно сильна, чтобы замечать особенно массивные и яркие звезды в близлежащих звездообразующих регионах — даже в галактиках за пределами нашей».
Звездные движения, измеренные Gaia, показывают не только то, как каждая из галактик движется в пространстве, но и то, как каждая вращается вокруг своей оси.
Столетие назад, когда астрономы впервые пытались понять природу галактик, эти измерения вращения были очень востребованы, но не могли быть успешно завершены с помощью телескопов, доступных в то время. Чтобы сделать это, понадобилась обсерватория, столь же продвинутая, как Gaia.
«Впервые мы измерили, как M31 и M33 вращаются на небе. Астрономы рассматривали галактики как сгруппированные миры, которые не могли быть отдельными «островками», но теперь мы знаем, что все иначе. Потребовалось 100 лет, чтобы Гайя наконец измерила истинную крошечную скорость вращения нашего ближайшего большого галактического соседа, M31. Это поможет нам лучше понять природу галактик» — говорят астрономы.
Комбинируя существующие наблюдения с новым выпуском данных от Gaia, исследователи определили, как Андромеда и Треугольник движутся по небу, и вычислили траекторию орбиты для каждой галактики как назад, так и вперед во времени в течение миллиардов лет.
«Найденные нами скорости показывают, что M33 не может находиться на длинной орбите вокруг M31», — говорят ученые. «Наши модели единодушно подразумевают, что M33 должен быть на своем первом заходе к M31».
Хотя Млечному Пути и Андромеде по-прежнему суждено столкнуться и слиться, но как время, так и деструктивность взаимодействия, вероятно, также будут отличаться от ожидаемых.
Поскольку движение Андромеды несколько отличается от предыдущих оценок, галактика, вероятно, нанесет больше скользящего удара по Млечному пути, а не совершит «лобовое столкновение». Это произойдет не через 3,9 миллиарда лет, а через 4,5 миллиарда, что примерно на 600 миллионов лет позже, чем предполагалось до этого.
«Это открытие имеет решающее значение для нашего понимания того, как галактики развиваются и взаимодействуют», — говорит Тимо Прусти, научный сотрудник ESA Gaia Project.
«Мы видим необычные особенности как в M31, так и в M33, такие как искривленные потоки и хвосты газа и звезд. Если галактики не встречались раньше, они не могли быть созданы силами, возникшими во время слияния. Возможно, они образовались через взаимодействия с другими галактиками или газовой динамикой внутри самих галактик.»
«Gaia была разработана главным образом для картирования звезд в Млечном Пути, но это новое исследование показывает, что телескоп превосходит ожидания и может предоставить уникальную информацию о структуре и динамике галактик за пределами нашей собственной области. Чем дольше Gaia наблюдает за крошечным движения этих галактик по небу, тем точнее будут наши измерения», — резюмируют исследователи.
Roeland P. van der Marel et al. First Gaia Dynamics of the Andromeda System: DR2 Proper Motions, Orbits, and Rotation of M31 and M33, The Astrophysical Journal (2019). DOI: 10.3847/1538-4357/ab001b