Лактомеда: нашият бъдещ катаклизъм

Сблъсъкът между Андромеда и Млечния път е неизбежен

 410 

Карлос Веласкес (Carlos Velázquez)

В процес на галактически катаклизъм ли сме? Отговорът е: Да. Нашата галактика предстои да се сблъска с друга галактика, с подобен на нейния размер – галактиката Андромеда (Andromeda).

През ясните, безоблачни вечери, когато сме далеч от светлините на градовете, можем да се насладим на дифузната пътека на Млечния път – нашата галактика. Наблюдавайки внимателно, ще забележим едва различими мъглявини, обграждащи кинжала в съзвездието Орион и дори мъглявина в пояса му.

Лактомеда
Фигура 1. Разположение на галактиката Андромеда в нощното небе.

При ясно небе, можем да наблюдаваме и единствената галактика, която се вижда с просто око: Андромеда. Гледайки я фронтално, е почти незабележима, но ако бавно отместваме поглед, така че да попадне в периферното ни зрение, ще я открием като малко петно, под съзвездието Андромеда (оттук идва и името ѝ).

Трудно е да приемем, че тази малка точка обединява милиарди звезди, а още по-трудно, че в много отношения знаем повече за тази далечна галактика, отколкото за по-близки до нас слънчеви системи. Но най-много ще се изненадаме от грандиозната история, която ни е подготвило това малко и далечно петънце в небето – ​​след 5,8 милиарда години Андромеда ще се сблъска с нашата галактика.

Пионерът, който предсказа немислимото

Сблъсък на две галактики? Това тотално унищожение ли ще бъде? Какво означава сблъсъкът между две галактики и какви последици ще има за нашата галактика, за Слънчевата система и за нас, хората?

Първият въпрос е: откъде знаем, че Андромеда и Млечният път ще се сблъскат? Тази хипотеза е отпреди повече от век, когато през 1914 г., американският астроном Весто Слайфър (Vesto Slipher)* за първи път измерва това, което наричаме „изместване на цвета на Андромеда**“.

Така нареченото „цветно кървене“ е феномен, типичен за електромагнитните вълни и се генерира от движението на обекта спрямо нас, трансформирайки честотата на вълната във видимия спектър. В ежедневието ни аналогично възприемаме звука от сирена на линейка: приближавайки се, я чуваме по-силно, отколкото ако беше неподвижна или ако се намирахме в нея.

В случая със светлината, забелязваме ефекта от движението на светещ обект като слаба промяна в цвета на вълната: отдалечавайки се от нас, цвета на вълната се променя към червения спектър, а приближавайки се, към синия.

Този феномен е известен още като Доплеров ефект***. Когато Слайфър наблюдава и анализира светлината от Андромеда, той забелязва, че има изместване към синия спектър и при извършване на последващи изчисленията, стига до извода, че Андромеда се движи към нас със скорост 300 км/сек.

Концепцията на Слайфър за Андромеда поставя началото на познанията ни за галактиките. Слайфър живее и рабити във време, когато за галактиките не се е знаело нищо. В тази връзка той е бил наясно, че изчисленията му не са достатачни, за да потвърдят или отхвърлят вероятен сблъсък. За това е нужно, освен скоростта, да се знае разстоянието и страничното отместване на Андромеда (Фигура 2), което е невъзможно да се разбере чрез метода на „цветно кървене“, а са нужни други научни инструменти.

Лактомеда
Фигура 2: Двата компонента, определящи Реалното отместване на обекта, са Радиалната скорост и Скоростта на странично отместване.

Пионерът на галактиките

Това е Едуин Хъбъл (Edwin Hubble), на когото е кръстен и култовия космически телескоп. Хъбъл теоритезира, че Андромеда е нов тип обект – огромно струпване на звезди, въртящи се около един център – и го нарече галактика.

Една от основните заслуги на Хъбъл е теорията му за перманентното и ускоряващо се раздалечаване на галактиките, което предизвиква прогресивно разширяване на Вселената. Но той установява и група галактики, така наречената Местна група, към която спада и Млечният път и която е изключение от този принцип. Андромеда също е част от тази група, оказваща се и най-близката ни масивна галактика.

Концептуалната революция на Хъбъл провокира множество проучвания на Андромеда, които през следващите няколко десетилетия определиха разстоянието до нея (110 000 светлинни години), но скоростта ѝ на странично отместване, оставаше загадка.

Хъбъл в орбита

Историята на астрономията на XX век е белязана от неуспешни опити да се установи скоростта на страничното отместване на Андромеда. И това е така, защото единственият ни познат метод, за определяне на тази компонента, е била разликата в отместването на Андромеда по отношение на друга много по-далечна галактика. Методът функционира при добре видими звезди, но в случая с Андромеда, проблемът е, че тя, като най-близко отстояща галактика, все пак се оказва много далеч и темпоралната променливата на нейното позициониране, спрямо другите галактики, е изключително малка.

Това направи опитите на учените да установят скоростта ѝ на странично отместване почти нулеви. Докато не се случи неочакваното: през 1990 г. Хъбъл възкръсна от мъртвите като телескоп. Правени са важни измервания и наблюдения с космическия телескоп Хъбъл, но дълго време никой не предполагаше, че чрез него може да се установи скоростта на странично отместване на Андромеда. И това продължи да бъде така, докато през 2012 г. на екип изследователи от NASA, воден от Роланд П. ван дер Марел (Roeland P. van der Marel), не им хрумна тази идея.

Лактомеда
Фигура 3. Космическият телескоп Хъбъл.

Въпреки невероятния капацитет на Хъбъл, беше ясно, че измерването е невъзможно, ако не се разработят нови изчислителни и концептуални инструменти. След множество моделирания, екипът най-накрая успява да установи скоростта на странично отместване на Андромеда, която се оказа по-малка от 1/10 от скоростта, с която галактиката се приближава към нас. Така че, изводът е: Млечният път и Андромеда в бъдеще ще се сблъскат. И от сблъсъка ще се образува нова галактика – Лактомеда.

М33: непредвидимата трета галактика

Но историята не свършва дотук, интересното едва сега започва. Въз основа на хипотезата за нова галактика, няколко изследователски екипа, включително и този, на ван дер Марел, провеждат компютърни симулации, за да установят точните параметри на сблъсъка. Оттогава са предложени хиляди модели, но дори и с наличните днес технологии за наблюдение и анализ, все още има неизвестни: какво ще се случи с галактиката M33; как ще протече сблъсъкът; в сблъсъка ще участват ли и други галактики? Андромеда е сложна галактика – тя има съпътстваща галактика, наречена M33, по-известна като Galaxy Triangle (Триъгълна галактика).

А участието на трета галактика, прави сблъсъка много по-сложен и непредвидим. Според физичните ни познания можем да предположим поведението две тела, отстоящи едно от друго. В този случай, наречен „проблем с две тела“, сме в състояние точно и в голям времеви диапазон да прогнозираме траекториите и взаимодействията между обектите. Когато обаче се отнася за пространствени и темпорални прогнози за три или повече тела, изпитваме затруднения. И галактически сблъсък между Андромеда, Млечният път и М33 е едно от тях.

Четете още
Странен обект приближава Земята със скорост 22 000 километра в час

Така или иначе сме наясно, че сблъсъкът с Андромеда ще се случи, но е възможно преди това М33 да се сблъска с Млечния път, а не е изключен и сценарий, при които М33 да не участва в сблъсъка.

Фигура 4: Репродукция на трите галактики, които ще участват в сблъсъка: Млечният път, Андромеда и Триъгълната галактика.

Не може да не си зададем въпроса: доколко разрушителен ще е галактическият сблъсък? И ще остане ли нещо живо след него? Познанията ни за галактическите процеси през последния век са евоюлирали драстично и днес разполагаме с данни от проучвания за около 2 трилиона галактики, които са в процес на сблъсък, като галактиките на Антените, на Пеперудите, на Мишките и на Розите****.

Фигура 5. Изглед на двойки галактики в нощното небе. Галактиката Андромеда е представена с алтернативното си име M31, а Триъгълната галактика, с алтернативното си име M33.

Всяка от тези двойки галактики е в различна фаза от процеса на сблъсък, който ще продължи няколко милиона години и наблюдението им ни помага да разберем какво се случва при галактическите сблъсък. Първият извод е, че въпреки склонността ни да възприемаме, че звездите в дадена галактиката отстоят близо една от друга, истината е, че те са много раздалечени. За да го осъзнаем, трябва да си представим нашето Слънце с големината на зрънце с диаметър само 1 см., тогава най-близката до него звезда, Проксима Кентавър, ще бъде на разстояние 270 км, тоест колкото е разстоянието между Мексико Сити и Акапулко. Голямата отдалеченост между звездите определя ниския броя на сблъсъци между тях или дори между слънчеви системи, така че вероятността нашето Слънце да бъде заличено от небесната карта от сблъсък с друга звезда, е незначителна.

Въпреки че галактическите или звездните сблъсъци са редки, когато това се случи, се наблюдават екстремни промени в структурите им. От астрономическите наблюдения и анализи установяваме, че когато две галактики с подобни на Андромеда и Млечния път размери се сблъскат, те се сливат, деформирайки се в елиптични галактики. Елиптичните галактики нямат симетричната форма със спирални рамена, а приличат на петно. Звездите им се въртят в орбити около центъра на галактиката, но без да са подредени в диск.

Фигура 6. Примери за сблъскващи се галактики.

От познатите модели разбираме, че при сблъсъкът между Андромеда и Млечния път, нашата Слънчева система, поради сравнително далечното си позициониране от центъра, ще продължи да съществува в новообразуваната галактика, макар и изтласкана в периферията ѝ. Трябва да се има предвид обаче, че в моделите на NASA съществува 21% вероятност, Слънчевата система да се окаже част от галактиката М33, която впоследствие ще бъде погълната от Лактомеда.

След 4,8 милиарда години нашето Слънце все още ще съществува, но ще е преминало през процеси, които ще са го направили по-горещо, до степен, че Земята не би могла да запази океаните си. Така че, галактическият сблъсък най-малко би следвало да ни притеснява.

Фигура 7. Нашата Местна група галактики. Може да се види, че Млечният път и Андромеда са най-големите галактики в тази група.

Зловещите двойки

Трябва да признаем, че познанията ни за Андромеда все още са недостатъчни. Направените досега проучвания предполагат, че в миналото Андромеда е била значително по-голяма от Млечния път – два или три пъти по-голяма. Това е важно, тъй като развитието на сблъсъка зависи от масата на галактиките.

Наскоро се появи интересно изследване, направено от непалския астроном Д-р Праджвал Радж Кафле (Prajwal Raj Kafle), съвместно с група австралийски учени от Университета в Западна Австралия (The University of Western Australia), в което, проучвайки с каква скорост трябва да се движи дадена звезда в Андромеда, за да се освободи от гравитацията ѝ, установяват, че масата на Андромеда е практически еднаква с тази на Млечния път.

Това означава, че предстоящият галактически сблъсък ще се различава от представите ни за него, отпреди няколко години. А и има още много какво да учим, докато двете галактики започнат представлението си.

Според проучването на Кафле свръхмасивните черни дупки на двете галактики ще се слеят, генерирайки екстремна гравитационна вълна, от която ние засега не знаем какви ще бъдат последиците.

След всичко казано дотук е ясно, че сблъсъкът между Андромеда и Млечния път, без съмнение ще се състои. Преди това обаче предстоят много промени в нашата собствена галактика и трябва да се чувстваме късметлии, че имаме запазени места на първия ред на Слънчевата система, за да наблюдаваме спектаклите на Вселената.

Фигура 8. Репродукция на нощното небе, наблюдавано от Земята: 1. Днес; 2. След 2 милиарда години; 3. След 3,75 милиарда години; 4. След 3,85 милиарда години; 5. След 3,9 милиарда години; 6. След 4 милиарда години; 7. След 5,1 милиарда години; 8. След за 7 милиарда години.

* Весто Мелвин Слайфър (на английски: Vesto Melvin Slipher) е американски астроном, който провежда първите измервания на радиалната скорост на галактиките, предоставяйки първата емпирична основа за разширяването на Вселената.

** Отместване на електромагнитна вълна се нарича всяко намаляване на дължината на вълната и съответно повишение на честотата ѝ. В диапазона на видимата светлина този ефект се проявява, като изменение на цвета от червения към синия диапазон на спектъра (синьо отместване) и респективно – от синия към червения (червено отместване).

*** Доплеров ефект е промяната на приеманата от наблюдателя честота и дължина на вълната, когато източникът и/или наблюдателят (приемникът) се движат по оста близко/далече. Честотата се увеличава, когато източникът или наблюдателят се доближават, и намалява, когато се отдалечават.

**** Това са някои от взаимодействащите двойки галактики, в процес на сблъсък.


Библиография

Prajwal R. Kafle, Sanjib Sharma, Geraint F. Lewis, Aaron S. G. Robotham, Simon P. Driver, “The Need for Speed: Escape velocity and dynamical mass measurements of the Andromeda galaxy”, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 10 de enero de 2018.
Loeb A, Reik MJ, Brunthaler A, Falcke H., “Constraints on the proper motion of the Andromeda galaxy based on the survival of its satellite M33”, The Astrophysical Journal, 633, 894-898, 25 de noviembre de 2005.
Sangmo Tony Sohn, Jay Anderson, and Roeland P. van der Marel, “The M31 Velocity Vector I. Hubble Space Telescope Proper Motion Measurements”, The Astrophysical Journal, volumen 753(1).
Roeland P. van der Marel, Mark Fardal, Gurtina Besla, Rachael L. Beaton, Sangmo Tony Sohn, Jay Anderson, Tom Brown y Puragra Guhathakurta, “The M31 velocity vector II. Radial orbit toward the Milky Way and implied local group mass“, The Astrophysical Journal, volumen 753(1).
Roeland P. van der Marel, Gurtina Besla, T. J. Cox, Sangmo Tony Sohn, y Jay Anderson, “The M31 velocity vector III. Future Milky Way M31–M33 orbital evolution, merging, and fate of the sun“, The Astrophysical Journal, volumen 753(1).


Карлос Алберто Веласкес Оливера (Carlos Alberto Velázquez Olivera) е физик от Националният автономен университет на Мексико (Universidad Nacional Autónoma de México).

Предложено


















Актуално



















Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *

Препоръчано
Facebook
Loading