Новая сущность. Часть 19. Тайна галактики Cartwheel (ESO 350-40): "спицы" в "Колесе телеги"

Часть 18. http://artefact-2007.blogspot.ru/2012/11/18.html

    Спиральная структура Галактики и эволюция спиральных систем (окончание)

    Andrew W. Telow. 25 июля 2005 года

     Содержание:

    •      Спиральные ветви Галактики. Кольцевая структура

    •      Расширение спиральных ветвей

    •      Кривые вращения. Свидетельство расширения

    •      Кратные спирали различного масштаба и возраста

    •      Стадии расширения спиралей

    •      Рукав Ориона. Загадка отсутствия градиента возрастов

    •      Двойные и тройные рукава

    •      Гипотеза напоследок: эллиптические «спиральные ветви»

    Рукав Ориона. Загадка отсутствия градиента возрастов

    «Открывающаяся картина всеобщего расширения позволяет сделать смелое предположение о возможном решении старой проблемы.

    Рукава Стрельца и Персея имеют противоположно направленные градиенты возрастов. Находящийся между ними рукав Ориона не показывает признаков градиента. Считают, что рукава Стрельца и Персея расположены по разные стороны области коротации (в которой якобы находится и Солнце). В таком случае непонятно, почему «тихое место» Орионова рукава содержит наибольшее число водородных туманностей (но не гигантских зон HII) и молодых скоплений, и вообще - почему в нем произошла столь мощная вспышка звездообразования.

    Многие высказывали идею, что радиус коротации совпадает с расстоянием Солнца от центра Галактики. В частности, это предположение подробно рассматривалось Марочником и Сучковым [Марочник Л.С., Сучков А.А. «Галактика». М.: Наука, 1984]. Однако в этой же книге они приводят результаты вычислений, согласно которым если расстояние между рукавами Персея и Стрельца (~3,5 кпк) совпадает с длиной спиральной волны в окрестностях Солнца, то радиус коротации составляет 16–17 кпк, то есть вдвое больше.

    Однако возможно иное объяснение существующих градиентов. Ветвь Ориона не обнаруживается в излучении HI, по гигантским зонам HII, в синхротронном радиоизлучении и в поле скоростей звезд. На следующей схеме видно, что Орионов рукав является центром широкой ветви и населяющие его объекты расположены вдоль оси этой ветви, определяемой по наблюдениям молекулярных облаков. Поэтому, рукав Ориона можно рассматривать как начальный центр звездообразования, в котором оно началось и успело значительно угаснуть к настоящему времени, а два других рукава являются фронтами звездообразования (в данном случае не важно, какая модель звездообразования имеется в виду), распространяющегося наружу - к обоим краям рукава. 

    На схеме совмещены в одном масштабе картина распределения молекулярных облаков (бледные точки) и объекты, населяющие рукава Стрельца, Ориона и Персея: молодые скопления (черные кружки) и ассоциации (светлые кружки). Рисунок рукавов взят также из [Ефремов Ю.Н., «Очаги звездообразования в галактиках: Звездные комплексы и спиральные рукава», рис. 55 на с. 160].

    Двойные и тройные рукава

    Если мы пришли к выводу о расширении спиральных структур, интересно узнать, к чему приведет расширение структуры в рукаве, какая была только что описана. При распространении фронта звездообразования в обе стороны от оси рукава должна возникнуть тройная структура. Такие тройные ветви галактик известны, ярчайшим примером является NGC 6946. 

    На фотографии хорошо видно, что в центральной области галактики существует выраженная двухрукавная структура. На некотором расстоянии от центра у этих ветвей появляются спутники - мощные рукава по обе стороны. Причем мощность рукавов возрастает с удалением от центра, тогда как начальные рукава слабеют.

    На этом изображении также можно заметить, что пыль в центральных рукавах распределена по всей их ширине, а не сосредоточена на каком-либо крае. Но самое замечательное - то, что пыль в рукавах-спутниках располагается на противоположных краях: преимущественно на внутреннем крае внутренних и на внешнем крае внешних рукавов (особенно хорошо это заметно в верхней части изображения). Таким образом, наблюдается картина, аналогичная рукавам Персея–Ориона–Стрельца, в которых градиенты возрастов противоположны и население молодеет в направлении от центрального рукава Ориона.

    Поскольку в центральном рукаве звездообразование угасает, со временем эта структура перестанет быть заметной на фотографиях (как уже произошло со средним рукавом в нижней части изображения NGC 6946), и мы будем видеть двойные рукава, аналогичные наблюдаемым во внешних областях галактики NGC 300, М 81 и во многих других случаях, как, например, NGC 5247.

    Заслуживает внимания особенность внешнего рукава на приведенном выше изображении NGC 6946: он также раздваивается, как и рукава М 81.

    Аналогичная картина наблюдается в галактике NGC 1232. 

    Аналог ветви Ориона заметен слева от центра галактики — почти по центру изображения. Любопытно также разветвление боковых рукавов, которое, как и известные шпуры в других галактиках, едва ли можно примирить с теорией волны плотности.

    Раздвоение (точнее, «утроение», соответствующее описанной схеме) рукавов бросается в глаза как на фотографиях известной галактики М 81, так и на ее изображениях в HI.

Галактика М 81

Карликовая галактика находится внутри ветви и явно выброшена из М 81

    На втором изображении видно, что карликовая галактика находится внутри ветви и явно выброшена из М 81.

    Раздвоение (утроение) рукавов этой галактики заметно и на изображении в УФ, на котором проявляются области наиболее бурного звездообразования. 

    Здесь, особенно в верхней части, наблюдается полный аналог системы рукавов Персея–Ориона–Стрельца в несколько более ранней стадии эволюции (в центре еще наблюдается наибольшая активность).

    Подобная картина наблюдается и в галактике NGC 2997, у которой две основные ветви также раздваиваются на некотором расстоянии от центра, причем осью этого раздвоения являются довольно мощные пылевые рукава, начинающиеся в средней части основных ветвей задолго до их разветвления.

    Такая же картина наблюдается и в известной галактике NGC 4303 = M 61. У нее четкая двухрукавная структура в центре, а на периферии рукава расщепляются. 

    Интересно, а как выглядит процесс раздвоения в самом начале? Убедиться в том, что описанная схема возникновения и эволюции системы рукавов Персея–Ориона–Стрельца весьма правдоподобна, позволяет пример известной галактики NGC 2442.

    На этом изображении, особенно в верхней его части, видно раздвоение пылевого рукава, идущего в середине спиральной ветви. Между пылевыми рукавами видны области бурного звездообразования, являющиеся аналогами рукава Ориона «в молодости», содержащие гигантские области HII, которые еще не появились в боковых рукавах, и которые исчезнут из виду к тому времени, когда такие же области появятся на фронтах звездообразования (впрочем, они уже появились на внешнем крае самой удаленной и, следовательно, самой старой части верхней ветви, тогда как в ее середине звездообразование угасло!).

   Такая же картина раздвоения пылевой полосы заметна и в известной галактике NGC 1300, а в нижнем на снимке (HST) рукаве видна даже развилка, такая же, как в верхнем (на предыдущем снимке) рукаве NGC 2442.

Галактика NGC 1300

    Процесс дробления и расширения рукавов в конце концов приведет к формированию фрагментарной структуры. Галактика NGC 5068 представляет собой переходный тип. 

     Гипотеза напоследок: эллиптические «спиральные ветви»

    Меня давно смущала необычная структура галактики AM 0644-741, также как и галактики Cartwheel [галактики «Колесо телеги» (ESO 350-40), о ней см. также в «Части 7» - Ф.Д.], в которых ядерные спирали расположены эксцентрично по отношению ко внешним областям звездообразования. 

Галактика AM 0644-741

Галактика «Колесо телеги» - Cartwheel Galaxy, ESO 350-40

    Разумеется, мне никогда не приходило в голову рассматривать всерьез гипотезу столкновения: между ядерными областями и внешними структурами наблюдаются довольно яркие связующие их рукава, чего никак не могло бы быть в случае столкновения. (Занятно, что центральная структура Cartwheel также имеет форму эллипса, ориентированного в пространстве иначе, а само ядро также расположено эксцентрично - скорее всего, в фокусе.) Кроме того, внешние структуры, особенно у первой из галактик, имеют признаки спиральности и напоминают кольцевые структуры описанных выше галактик Hoag и NGC 7742:

Hoag

NGC 7742

    Однажды я подумал: а почему, собственно, эти молодые объекты не могут быть расположены вдоль эллиптической орбиты? Некоторое смущение в связи с таким предположением не позволяло мне обнародовать его ранее. Однако недавно я обнаружил публикацию об эллиптическом звездном кольце относительно старых звезд, окружающем диск из 400 молодых и горячих звезд в центральной области М 31 [туманности (галактики) Андромеды - Ф.Д.]. Диаметр внутреннего диска равен 1 световому году, большая ось внешнего диска в пять раз больше. В целом картина удивительно напоминает галактику AM 0644-741 в уменьшенном размере и с обратным соотношением возрастов внешнего и внутреннего образования.

Ядро туманности Андромеды [М31]

   Концентрация звезд в апоцентре понятна: в этой области они имеют наименьшие скорости, если их орбиты эллиптичны. Судя по всему, первое наблюдение этой концентрации было воспринято несколько лет тому назад (по крайней мере, до 1999 года) как сенсационное открытие двойного ядра М 31.

    Итак, в галактиках могут существовать эллиптические образования, напоминающие метеорные рои, заполняющие орбиты породивших их комет. В этих случаях гипотеза образования звезд путем конденсации сталкивается с новыми трудностями. Захват внешнего объекта на эллиптическую орбиту уже давно представляется маловероятным с точки зрения небесной механики. Но предположим, что произошел захват протозвездного облака, в результате коллапса которого образовалось скопление, потерявшее впоследствии гравитационную связь вследствие выдувания остатков газа и разрушившееся аналогично остаткам комет, превратившихся в метеорные потоки. В рамках такой модели все же невозможно объяснить существование спиральных рукавов, связывающих центральные области галактики с эллипсоидальной внешней структурой и наблюдаемых в галактике AM 0644-741 и в галактике Cartwheel. Во всяком случае, сходство с метеорными роями позволяет мне считать более правдоподобной гипотезу разрушения (расширения) первичного тела, давшего начало звездообразованию».

    Ссылки

    1. Ефремов Ю.Н., 1989: «Очаги звездообразования в галактиках: Звездные комплексы и спиральные рукава». М.: «Наука».

    2. «Science». 2003. V.299. №5604. P.183.

    3. Эриксон В.К., Хельфер Х.Л., Тейтл Х.Е. «Радиоастрономия, Парижский симпозиум 1958 г.» М. 1961.

    4. Pismis P. Bol. Obs. Tonantzitla y Tacubaya, 19, 3, 1960.

    5. Mitchell R.S. PASP, 67, 12, 1955.

    6. Clube S.V.M., Dordrecht, 1985, 145  —148.

    7. Richter G.A. - AN, Bd. 297, S. 269, 1976.

    8. Шаров А.С., «Туманность Андромеды», М., «Наука», 1982.

    9. Воронцов-Вельяминов Б.А., «Внегалактическая астрономия». М., «Наука», 1978.

    10. Шаров А.С., «Спиральная галактика Мессье 33». М., «Наука», 1988.

    11. Boulesteix J. et al., AA, 1974, 37, 33.

    12. Gaposchkin S., AJ, v. 67, p. 334, 1962.

    13. Baade W., Swope H.H., AJ, v. 70, p. 212, 1965.

    14. Möllenhoff C., AA, 1982, 108, № 1, 130  — 133.

    15. «Инфракрасная и субмиллиметровая астрономия». Под ред. Дж. Фацио: М., Мир, 1979 — Infrared and Submillimeter Astronomy. Ed. By G.G. Fazio. Di Reidel Publ. Co. Dordrecht–Holland/Boston USA, 1976.

    16. Караченцев И.Д., «Двойные галактики». М.: Наука. 1987, с.с. 85–86

    17. Davies R.D., Gottesman S.T - MNRAS, v. 149, p. 237, 1970.

    18. Марочник Л.С., Сучков А.А. «Галактика». М.: Наука, 1984».

    (Andrew W. Telow «Спиральная структура Галактики и эволюция спиральных систем». 25 июля 2005 года). 

     «Новая сущность». Часть 20. «Ноябрь 2012: удар по теории "темной материи"». http://artefact-2007.blogspot.ru/2012/12/20-2012.html