Если вселенная расширяется, то почему галактики сталкиваются?

# чтиво | Если Вселенная расширяется, то куда?

Все знают, что Вселенная расширяется. Но куда? Что это за расширение? Наблюдая за тем, как растет ядерный гриб, мы точно можем ограничить пространство, в котором он увеличивается. Вопрос может быть очень глупым, с одной стороны, но с другой — очень интересным.

Глубокий космос

Итак, Вселенная расширяется или сжимается (соответственно, проявляя красное и синее смещение) с момента Большого Взрыва. Но где наступит конец ее расширению? Не может же она находиться в бесконечности, в конце концов. Почему мы должны говорить о том, что вселенная расширяется так, будто это самая нормальная и естественная вещь в мире?

Для начала несколько простых истин.

1. Сейчас вы не расширяетесь. Земля тоже нет. Ни Солнечная система, ни Млечный Путь. Расширение вселенной зависит от гравитации, что означает только то, что в регионах с высокой плотностью наблюдаются локальные эффекты доминирования гравитации. Получается так, что не все галактики удаляются от Млечного Пути. Наша ближайшая соседка — галактика Андромеды — мчится к нам со скоростью 80 км/с и столкнется с нами в течение нескольких миллиардов лет.

2. Не верьте метафорам. Вам может показаться, что вселенная расширяется как воздушный шар, который накачивают воздухом. «Смотрите, в точности как Вселенная!», — скажет вам модный британский ученый. Но вы, будучи умным, заметите, что за пределами шарика имеется пространство, и что 2-мерная поверхность шарика расширяется в 3-мерном пространстве. Однако наша вселенная имеет три измерения.

3. У вселенной нет ни конца ни края. Мы на самом деле не уверены, является ли вселенная бесконечно большой или просто очень большой, но даже если это так, путешествуя в одном направлении достаточно долго, вы все равно вернетесь на круги своя. Вспомните «пакмана», но без фруктов и призраков. Что касается центра вселенной, вот где аналогия шарика нам поможет. Нам кажется, что все галактики удаляются от нас, но с их точки зрения они также будут центром вселенной. Это всего лишь иллюзия.

Так куда на самом деле расширяется вселенная? Да в никуда. Нет никакого космического шкафа, наполненного вещами. Но чтобы понять это, давайте посмотрим, что общая теория относительности говорит о пространстве-времени.

В ОТО (как говорят профессионалы), наиболее важным свойством пространства (и времени) является дистанция (и временной интервал) между двумя точками. На самом деле, дистанция в полной мере определяет пространство. Эволюция шкалы дистанции определяется количеством материи и энергии в пространстве, и по мере того как время идет, шкала увеличивается и дистанция между галактиками тоже. Однако — и в этом странность — это происходит и без фактического движения галактик.

Возможно, в этой точке ваша интуиция дала сбой. Но это не помешает нам разобраться в странностях.

Мы уже сказали о том, что галактики удаляются от нас. На самом деле нет. Просто ученым так проще объяснить происходящее на самом деле. Они обманывают вас.

«Но погодите!», — скажет самый научно подкованный из вас. — «Мы же измеряем допплеровский сдвиг удаленных галактик». Это так называемое «красное смещение», о котором вы знаете, фиксируется на Земле, и подобно сирене проезжающей скорой помощи, дает нам знать, что движение имеется. Но это не то, что происходит в космологических масштабах. Просто с тех пор, как далекие галактики испустили свет, и он добрался до нас, шкала пространства серьезно изменилась, выросла. Поскольку пространство расширилось, увеличилась и длина волны фотонов, поэтому свет отдает красным.

Из такого подхода вытекает другой вопрос: «Действительно ли Вселенная расширяется быстрее скорости света?». Абсолютно верно то, что большинство далеких галактик увеличивают свою дистанцию по отношению к нам быстрее скорости света, ну и что? Они не движутся быстрее света (они вообще стоят на месте). Более того, знание этого никак не поможет вам: информация-то не передается. Если вы отправите пакет с едой в другую галактику, быстрее, чем со скоростью света, этого не сделать (да и тут, в принципе, придется постараться). Скорость света остается универсальным ограничителем скорости.

Мы привели самое распространенное (ну или утвердившееся в сфере релятивистов) мнение по поводу космологического расширения, но будет логичным закончить на том, что мы вообще не понимаем. Все описанное выше, работает замечательно, если у вас есть место для шага вперед и растяжки. Но что произошло в самом начале такое, отчего образовалось пространство буквально из ничего? На этот вопрос у физики нет ответа. И придется ждать до тех пор, пока не появится теория квантовой гравитации и не прольет свет на этот вопрос.

Если вселенная расширяется, то почему галактики сталкиваются?

Если вселенная расширяется, то почему галактики сталкиваются?

Космос

Ученые давно доказали, что Вселенная постепенно расширяется. При безграничности ночного неба с множеством звезд, планет и прочих объектов сложно представить, что это только малая часть Галактики. А сколько еще таких галактик в космическом пространстве! Стоит разобраться, что такое расширение Вселенной и как происходит столкновение галактик.

Что значит «расширение Вселенной»?

Это сложное явление, суть которого заключается в расширении космического пространства. Трудно представить, как ученым, живущим на Земле, таком маленьком объекте на фоне Вселенной, удалось узнать о данном расширении. Впервые об этом заговорили в 1886 году, когда стало очевидно, что космические объекты движутся.

В дальнейшем многие ученые пытались создавать различные теории относительно этого явления. Также они предпринимали попытки рассчитать расстояние к другим галактикам. Изучение данного вопроса давалось с переменным успехом. Больше полезной информации удалось выяснить благодаря работе ученого Э. Хаббла. В 1929 году он сумел сформулировать и экспериментально подтвердить закон, который описывает расширение Вселенной. С помощью телескопа 2,54 м он смог рассмотреть ближайшие галактики в значительно увеличенном масштабе. Понимание того, какие звезды туда входят, предоставило возможность измерить расстояние к ним.

Таким образом, удалось выяснить, что чем дальше какая-то галактика от нашей планеты, тем быстрее она движется в противоположную сторону. В основе данного открытия содержится космологическое красное смещение. Чем дальше объект, тем меньшую частоту излучения он имеет.

Расширение Вселенной

Расширение Вселенной

Чтобы понять суть расширения Вселенной было проще, можно провести несложную аналогию и сравнить ее с воздушным шаром. К примеру, на слегка надутом шарике можно нарисовать точки в разных частях его поверхности. Если взять и надуть этот же шар еще больше, он увеличится в размерах и расстояние между всеми точками вырастет. При этом свое местоположение точки не поменяют, поскольку меняется только поверхность воздушного шара, на которой они нарисованы. И если смотреть на ситуацию со стороны определенной точки, то все остальные отдаляются от нее.

Примерно так же работает и принцип расширения Вселенной. Каждая галактика – это точка, а сама Вселенная – поверхность воздушного шара. Таким образом, галактики остаются на месте, а движется только космическое пространство, в котором они содержатся. Сами же галактики постепенно отдаляются друг от друга.

Почему галактики сталкиваются?

В таком случае возникает закономерный вопрос: как могут галактики сталкиваться, если по принципам расширения Вселенной расстояние между ними постоянно увеличивается? Дело в том, что галактики существуют в пространстве не по отдельности. Вселенная представляет собой некую иерархию. Расположенные поблизости галактики превращаются в скопления, а те, в свою очередь, образуют сверхскопления галактик.

Сверхскопления галактик

Сверхскопления галактик

Расширение Вселенной происходит везде одинаково, равномерно и действует оно крупномасштабно. В пределах одного скопления галактики связаны между собой гравитационным притяжением. Кроме того, они находятся сравнительно близко друг к другу – на расстоянии около пары сотен тысяч световых лет. Поэтому такие объекты могут сближаться или отдаляться, независимо от всеобщего расширения Вселенной. Из-за этого возникают столкновения галактик.

Когда речь идет о сверхскоплениях галактик, то между ними нет взаимосвязи – отсутствует гравитационное притяжение. Другими словами, одно скопление галактик отдаляется от другого.

Галактики образуют скопления и сверхскопления. В пределах одного скопления они находятся относительно близко друг к другу и имеют гравитационное притяжение. В сверхскоплениях галактики никак не связаны. Расширение Вселенной – это расширение космического пространства, при котором галактики остаются неподвижными, но расстояние между ними растет. Столкновение галактик происходит в пределах одного скопления, потому что они притягиваются друг к другу быстрее, чем расширяется Вселенная.

Если вселенная расширяется, то почему галактики сталкиваются – интересное видео

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Спросите Итана: если Вселенная расширяется, почему не расширяемся мы?


Если Вселенная расширяется, можно понять, почему далёкие галактики удаляются от нас. Но почему не расширяются звёзды, планеты и атомы?

Одним из крупнейших научных сюрпризов XX века стало открытие расширения Вселенной. Удалённые галактики разбегаются от нас и друг от друга быстрее, чем ближе расположенные, будто бы растягивается сама ткань пространства. На крупнейших масштабах плотность материи и энергии Вселенной падали миллиарды лет, и продолжают это делать. А если мы заглянем достаточно далеко, мы увидим галактики, разлетающиеся так быстро, что ничто, что мы могли бы отправить к ним сегодня, не сможет их догнать – не хватит даже скорости света. Но нет ли в этом парадокса? Именно об этом спрашивает читатель:

Если вселенная расширяется быстрее скорости света, почему это не влияет на нашу солнечную систему и расстояния от Солнца до планет? И почему относительное расстояние между звёздами нашей галактики не увеличивается… или оно увеличивается?

Мысль читателя верна, и Солнечная система, расстояния между планетами и звёздами не увеличиваются при расширении Вселенной. Так что же расширяется в расширяющейся Вселенной? Давайте разбираться.


Первоначальное представление о пространстве, выдвинутое Ньютоном, как о фиксированном, абсолютном и неизменном. Это была сцена, на которой массы могли существовать и притягиваться

Когда Ньютон впервые задумался о Вселенной, он представлял себе пространство в виде сетки. Это была абсолютная, фиксированная сущность, наполненная массами, гравитационно притягивающимися друг к другу. Но когда появился Эйнштейн, он понял, что эта воображаемая сетка не фиксирована, не абсолютна, и не похожа на представление Ньютона. Эта сетка похожа на ткань, и эта ткань искривлена, искажена и меняется со временем из-за присутствия материи и энергии. Более того, материя и энергия определяют её искривление.


Искривление пространства-времени гравитационными массами согласно ОТО

Но если бы в вашем пространстве-времени был только набор различных масс, они неизбежно бы схлопнулись и сформировали чёрную дыру. Эйнштейну эта идея не нравилась, поэтому он добавил «поправку» в виде космологической константы. Если существует этот дополнительный член уравнения – дополнительная энергия, пронизывающая пустое пространство – она может отталкивать все эти массы и удерживать Вселенную в неподвижности. Она предотвратит гравитационный коллапс. Добавив её, Эйнштейн позволял Вселенной существовать в почти неподвижном состоянии вечно.

Но не всех привлекала идея статичной Вселенной. Одно из первых решений получил физик по имени Александр Фридман. Он показал, что если не добавлять эту космологическую константу, и заполнить Вселенную энергией – материей, излучением, пылью, жидкостями, и т.д. – то существует два класса решений: один для сжимающейся Вселенной, а другой для расширяющейся.

Модель расширения Вселенной в виде «хлеба с изюмом», где относительные расстояния увеличиваются при расширении пространства (теста)

Математика даёт вам возможные решения, но вам нужно посмотреть на физическую Вселенную, чтобы узнать, какое из них её описывает. Это произошло в 1920-х годах благодаря работам Эдвина Хаббла. Хаббл первым открыл, что можно измерить характеристики отдельных звёзд в других галактиках и определить расстояние до них. Скомбинировав эти измерения с работами Весто Слайфера, показавшего, что у этих объектов происходит сдвиг атомного спектра, он получил удивительный результат.


График видимой скорости расширения (ось y) в зависимости от расстояния (ось x) соответствует Вселенной, быстро расширявшейся в прошлом, но до сих пор расширяющейся и сегодня. Это современная версия работы Хаббла, расширенная на расстояния в тысячи раз большие первоначальных

Либо вся теория относительности неверна, мы находимся в центре Вселенной и всё симметрично убегает от нас, либо теория относительности верна, Фридман прав, и чем дальше от нас галактика, тем быстрее она в среднем удаляется от нас. Одним движением теория расширяющейся Вселенной перешла от простой идеи к лидирующему описанию Вселенной.

Расширение работает немного контринтуитивно. Выглядит всё так, будто ткань пространства со временем растягивается, и все объекты в этом пространстве растаскиваются друг от друга. Чем дальше объект отстоит от другого, тем больше между ними растяжения, тем быстрее они удаляются друг от друга. Если бы у нас была однородно заполненная материей Вселенная, то материя просто становилась бы менее плотной и каждый её участок со временем отдалялся бы от всех остальных.


Холодные флуктуации (синий) реликтового излучения по сути не холоднее, а просто представляют участки, в которых имеется большее гравитационное притяжение из-за большей плотности материи. Горячие участки (красный) горячее, потому что излучение в этих участках живёт в более мелком гравитационном колодце. Со временем более плотные участки превратятся в звёзды, галактики и скопления с большей вероятностью, а менее плотные – с меньшей.

Но Вселенная не является идеально равномерной. В ней есть участки повышенной плотности, типа планет, звёзд, галактик, скоплений галактик. В ней есть участки пониженной плотности, такие, как огромные космические войды, где практически не встретить массивных объектов. Тому причиной наличие других физических явлений, кроме расширения Вселенной. На мелких масштабах, размером с животных и меньше, преобладают электромагнетизм и ядерные силы. На крупных масштабах – планеты, солнечные системы и галактики – преобладает гравитационное воздействие. На крупнейших масштабах – размерах, сравнимых со Вселенной – главная борьба разворачивается между расширением Вселенной и гравитационным притяжением всей имеющейся в ней материи и энергии.


На крупнейших масштабах Вселенная расширяется, и галактики удаляются друг от друга. На маленьких масштабах гравитация пересиливает расширение, что приводит к формированию звёзд, галактик и их скоплений

На крупнейших масштабах расширение побеждает. Самые удалённые галактики удаляются так быстро, что никакие сигналы, которые мы могли бы отправить к ним, даже со скоростью света, никогда до них не дойдут. Сверхскопления Вселенной – длинные, нитевидные структуры, вдоль которых выстраиваются галактики, тянущиеся на миллиарды световых лет – растягиваются и раздвигаются из-за расширения Вселенной. В относительно короткие сроки они исчезнут. И даже ближайшее к Млечному Пути скопление галактик, скопление Девы, находящееся всего в 50 миллионах световых лет от нас, не притянет нас к себе. Несмотря на гравитационное притяжение, более чем в тысячу раз превышающее наше собственное, расширение Вселенной растащит нас в стороны.


Крупный набор из многих тысяч галактик составляет наше ближайшее окружение в пределах 100 000 000 световых лет. Скопление Девы останется гравитационно связанным, но Млечный Путь продолжит со временем отдаляться от него

Но есть и масштабы поменьше, где расширение было побеждено – по крайней мере, локально. Скопление Девы останется связанным гравитационно. Млечный Путь и вся местная группа галактик останется связанной, и в итоге сольётся под действием гравитации. Земля так и будет двигаться по орбите вокруг Солнца на том же расстоянии, Земля останется того же размера, и атомы, из которых состоит всё, расширяться не будут. Почему? Потому, что расширение Вселенной работает только там, где другие взаимодействия – гравитационное, электромагнитное, ядерное – его не преодолели. Если какая-то сила способна удерживать объект в целости, даже расширение Вселенной не сможет его изменить.


Орбиты планет в системе TRAPPIST-1 не меняются с расширением Вселенной благодаря связующей силе гравитации, преодолевающей все последствия расширения

Этому есть неочевидная причина, связанная с тем, что расширение – это не взаимодействие, а больше скорость. Пространство расширяется на всех масштабах, но расширение воздействует только на все объекты совокупно. Между двумя точками пространство будет расширяться с определённой скоростью, но если эта скорость меньше скорости убегания между двумя объектами – если между ними действует связующая их сила – тогда расстояние между ними увеличиваться не будет. Нет увеличения расстояния, нет эффекта от расширения. В любой момент расширение преодолевается с запасом, поэтому оно никогда не приобретёт суммарный эффект, наблюдаемый между несвязанными между собой объектами. В результате стабильные, связные объекты могут выжить без изменений в расширяющейся Вселенной вечно.


Размеры стабильных, удерживаемых вместе объектов, будь они связаны гравитацией, электромагнетизмом или другой силой, не изменятся с расширением Вселенной. Если вам удастся преодолеть космическое расширение, вы останетесь связным навечно.

Пока Вселенная обладает измеренными нами свойствами, так всё и будет продолжаться. Тёмная энергия может существовать и заставлять удалённые галактики двигаться от нас с ускорением, но действие расширения на фиксированном расстоянии меняться не будет. Только в варианте Большого Разрыва – на который не указывают свидетельства – это заключение может измениться.

Ткань пространства может расширяться повсюду, но это не оказывает измеряемого эффекта на объекты. Если какая-то сила удерживает вас в связном состоянии, расширяющаяся Вселенная не будет на вас влиять. Только на самых крупных масштабах, на которых все силы, связующие объекты, слишком слабы, чтобы победить скорость Хаббла, и происходит это расширение. Как однажды сказал физик Ричард Прайс: «Если ваша талия расширяется, вы не можете винить в этом расширение Вселенной».

Итан Сигель – астрофизик, популяризатор науки, автор блога Starts With A Bang! Написал книги «За пределами галактики» [Beyond The Galaxy], и «Трекнология: наука Звёздного пути» [Treknology].

Могут ли столкнуться Галактики?

После появления Космического телескопа имени Хаббла, выведенного на орбиту в 1990 году, стало возможным воочию наблюдать за столкновениями далеких галактик. Подобные катаклизмы случаются с любыми из них, стоит лишь им неосторожно сблизиться. В одних случаях галактики лишь задевают друг друга вскользь, в других следуют лобовые удары, решительно меняющие облик обоих объектов. Во время этих катастроф выделяются громадные количества энергии; перемещаются массы, которые трудно себе даже вообразить.

Почему галактики сталкиваются?

В таком случае возникает закономерный вопрос: как могут галактики сталкиваться, если по принципам расширения Вселенной расстояние между ними постоянно увеличивается? Дело в том, что галактики существуют в пространстве не по отдельности. Вселенная представляет собой некую иерархию. Расположенные поблизости галактики превращаются в скопления, а те, в свою очередь, образуют сверхскопления галактик.

Расширение Вселенной происходит везде одинаково, равномерно и действует оно крупномасштабно. В пределах одного скопления галактики связаны между собой гравитационным притяжением. Кроме того, они находятся сравнительно близко друг к другу – на расстоянии около пары сотен тысяч световых лет. Поэтому такие объекты могут сближаться или отдаляться, независимо от всеобщего расширения Вселенной. Из-за этого возникают столкновения галактик.

Что же происходит, когда сталкиваются две гигантские галактики, насчитывающие сотни миллиардов звезд?

Событие это вовсе не похоже на удар астероида о Землю. Галактика – не твердое тело, всей своей поверхностью бьющееся о встречный объект. Звезды одной из галактик легко просачиваются мимо спешащих навстречу звезд, ведь расстояния между ними в сотни миллионов раз превышают диаметр самих светил. Зато огромные массы межзвездного газа, мчащиеся навстречу друг другу, нагреваются и вспыхивают после соударения.

В их гуще начинаются термоядерные реакции. Образуются новые звезды. Они станут исчисляться тысячами, а то и сотнями тысяч. Их раскаленные массы будут излучать яркий голубой свет.

Примером такого скопления молодых звезд являются Плеяды, наблюдаемые в созвездии Тельца.

А поскольку у галактик может быть разная форма – спиральная, эллиптическая и неправильная, то их столкновения друг с другом происходят тоже по-разному.

  • пролетать на близком расстоянии одна от другой;
  • цепляться друг за друга;
  • фронтально соударяться.

В результате этих взаимодействий нередко существенно меняется и внешний вид звездных скоплений. При этом таким процессам подвергается около двух процентов галактик, расположенных на относительно небольшом от Земли расстоянии.

Столкновение галактик – процесс невероятно долгий, учитывая размеры этих космических объектов. Он может занимать миллионы и даже миллиарды лет. Естественно, ученым никогда не удастся наблюдать за процессом от начала до конца. Поэтому на помощь астрономам приходит вычислительная техника. Современные компьютеры позволяют воссоздать процесс, ускоренный в тысячи и тысячи раз

Самое близкое столкновение галактик

Так, в созвездии Ворона, на расстоянии в 63 миллиона световых лет от Земли, находится самая близкая к нашей планете пара сталкивающихся звездных скоплений NGC4038 и NGC4039, более известных как «Антенные» галактики. Связано такое название с тем, что к ним примыкают длинные, состоящие из газа и звезд, лентовидные образования, напоминающие две антенны.

Детальные исследования этих двух галактик выявили в них более тысячи возникших в недавнем прошлом шаровидных звездных скоплений, в каждом из которых – до миллиона солнц. При этом эти шаровидные образования довольно молоды: их возраст – около сотни миллионов лет. Образовались же они под влиянием приливных сил, появившихся в ходе сближения двух галактик.

Впрочем, следует указать, что силы тяготения во время столкновения звездных систем существенной роли не играют. Более важными являются гравитационные взаимодействия отдельных участков галактик: две близко расположенные области притягивают друг друга значительно сильнее, чем те, которые находятся на отдаленном расстоянии одна от другой.

Изменение взаимодействующих галактик

В результате гравитации возникают приливные силы, растягивающие галактики в длину или же изгибающие их. Причем происходят подобные изменения в форме звездных островов даже тогда, когда они лишь проносятся на близком расстоянии друг от друга, не приходя в непосредственное соприкосновение.

А вот что произойдет с формой галактик при их столкновении, зависит как от геометрии удара, так и от скорости, с которой он совершается:

  • если галактики сближаются со скоростью 200 километров в секунду, они обычно сливаются, словно две капли жидкости;
  • когда скорость столкновения достигает 600 километров в секунду, то звездные острова проходят сквозь друг друга, как два призрака;
  • если сближение происходит при скорости в 1000 километров в секунду, галактики разлетаются на осколки, как столкнувшиеся стеклянные шары.

В процессе взаимодействия галактик меняется не только их форма, но и происходят разнообразные перемещения облаков газа и пыли. А это – огромный объем вещества: например, в спиральных системах его количество составляет до 20 процентов их видимой массы. Впоследствии, уплотняясь под воздействием приливных сил, эти облака формируют новые звезды.

Поскольку процесс появления молодых небесных тел идет очень быстро, то и светимость галактик за немногие миллионы лет многократно увеличивается.

В настоящее время 1–2 % всех галактик сталкиваются или сливаются друг с другом. В далеком прошлом эти коллизии случались гораздо чаще, потому что размеры Вселенной были меньше и галактики располагались ближе друг к другу.

Столкновение Млечного Пути и галактики Андромеды

По данным наблюдений, через миллиарды лет наша галактика Млечный Путь поглотит мелкие галактики Большое и Малое Магелланово Облако, а еще через некоторое время ее саму поглотит Андромеда.

Астрономы давно подозревали, что Млечный Путь и Туманность Андромеды (галактика М31) однажды столкнутся. Однако полной уверенности в грядущей катастрофе у них не было.

Дело в том, что скорость и направление движения М31 оставались недостаточно ясными. С удовлетворительной точностью была измерена лишь составляющая скорости, сонаправленная прямой, соединяющей наши галактики. А вот перпендикулярный ей компонент скорости был известен недостаточно хорошо. Поэтому нельзя было исключить, что Туманность Андромеды достаточно быстро движется «вбок», чтобы в конце концов разминуться с нашим галактическим домом.

Андромеда и Млечный Путь — это две крупнейший системы, которые располагаются друг от друга на расстоянии около 2,5 миллиона световых лет. Галактика Андромеда находится в одноименном созвездии. Ее можно считать большим братом Млечного Пути.

Некоторые ученые утверждают, что наша галактика и Андромеда очень похожи. И Млечный Путь, и Андромеда способны объединять другие галактики меньших размеров, но с расширением Вселенной галактики расходятся друг от друга. Но эти два гиганта движутся навстречу друг другу.

Выяснилось, что столкновение всё-таки произойдёт, хотя и на 600 миллионов лет позже, чем предполагалось ранее. Катаклизм случится через 4,5 миллиарда лет. Кроме того, наши звёздные системы столкнутся не «лоб в лоб», а по касательной.

Для сравнения: эта цифра примерно равна возрасту Земли, а человеческому виду всего несколько сотен тысяч лет.

Если вдруг произойдет столкновение галактик Млечный Путь и Андромеда, то это повлечет неминуемую гибель множества космических тел: ряд звезд будут полностью уничтожены, какие-то выбросит из галактик, некоторые поглотят черные дыры. Спиральная структура объектов будут полностью нарушена, и на их месте возникнет новая, гигантская эллиптическая галактика. Этот процесс является нормой для эволюции галактик.

Самое сильное столкновение галактик

Как показали исследования NASA, две группы галактик движутся навстречу друг другу со скоростью четыре миллиона миль в час, производя непостижимое тепло в результате катастрофического столкновения.

Используя рентгеновскую обсерваторию Chandra NASA, обсерваторию XMM-Newton ESA, гигантский радиотелескоп GMRT и оптические наблюдения, астрономы смогли взглянуть в глубины космического пространства на 380 миллионов световых лет от Земли с целью изучить космический феномен.

Выяснилось, что два отдельных скопления галактик движутся навстречу друг другу со скоростью 4 миллиона миль в час.

NASA уже сообщило, что это самое сильное столкновение, которое когда-либо наблюдалось между двумя группами галактик.

Как более крупное образование галактических скоплений, которое было названо NGC 6338, оно производит тепло свыше 20 миллионов градусов по Цельсию (температура поверхности Солнца составляет всего лишь 5 505 градусов по Цельсию).

Новые данные также показывают, что газ слева и справа от холодных ядер, а также между ними, нагревается ударными фронтами (подобно звуковым ударам, создаваемым сверхзвуковыми самолетами) из-за столкновения двух групп галактик. Такая модель нагретого до удара газа была предсказана компьютерным моделированием, но NGC 6338 может быть первым слиянием групп галактик, которое действительно продемонстрирует это. Такое нагревание предотвратит охлаждение части горячего газа с образованием новых звезд.

Видео

Столкновение галактик и последствия столкновения

В бескрайнем космическом пространстве различные по массе и объему небесные тела периодически сталкиваются друг с другом: астероиды и метеоры падают на планеты и спутники, одни звезды поглощаются другими…

Но, оказывается, входят во взаимный контакт и галактики — гигантские небесные структуры, состоящие из многих десятков миллиардов звезд. Столкновение таких громадных космических объектов происходит, естественно, с высвобождением энергии и перемещения масс в количествах, не поддающихся даже самому богатому воображению.

Столкновение галактик: фото космического телескопа «Хаббл»

Столкновение галактик: фото космического телескопа «Хаббл»

Конечно же, столкновение галактик вовсе не подразумевает, что происходят массовые соударения отдельных звезд. И в принципе, ничего странного в этом нет, так как звезды находятся на громадном удалении друг от друга: по крайней мере эти расстояния в сотни миллионов раз превышают собственные диаметры светил.

А вот галактики, в отличие от звезд, размещены относительно недалеко друг от друга: промежутки между этими звездными скоплениями превосходят их размеры всего лишь в десятки и сотни раз.

Соответственно и столкновения галактик происходят значительно чаще, чем звезд. А поскольку у галактик может быть разная форма — спиральная, эллиптическая и неправильная, то их столкновения друг с другом происходят тоже по-разному. Они могут или пролетать на близком расстоянии одна от другой, или цепляться друг за друга, или даже фронтально соударяться.

Что происходит при столкновении галактик

В результате этих взаимодействий нередко существенно меняется и внешний вид звездных скоплений. При этом таким процессам подвергается около двух процентов галактик, расположенных на относительно небольшом от Земли расстоянии.

Так, в созвездии Ворона, на расстоянии в 63 миллиона световых лет от Земли, находится самая близкая к нашей планете пара сталкивающихся звездных скоплений NGC4038 и NGC4039, более известных как «Антенные» галактики. Связано такое название с тем, что к ним примыкают длинные, состоящие из газа и звезд, лентовидные образования, напоминающие две антенны.

Детальные исследования этих двух галактик выявили в них более тысячи возникших в недавнем прошлом шаровидных звездных скоплений, в каждом из которых — до миллиона солнц. При этом эти шаровидные образования довольно молоды: их возраст — около сотни миллионов лет. Образовались же они под влиянием приливных сил, появившихся в ходе сближения двух галактик.

Впрочем, следует указать, что силы тяготения во время столкновения звездных систем существенной роли не играют. Более важными являются гравитационные взаимодействия отдельных участков галактик: две близко расположенные области притягивают друг друга значительно сильнее, чем те, которые находятся на отдаленном расстоянии одна от другой.

В результате гравитации возникают приливные силы, растягивающие галактики в длину или же изгибающие их. Причем происходят подобные изменения в форме звездных островов даже тогда, когда они лишь проносятся на близком расстоянии друг от друга, не приходя в непосредственное соприкосновение.

А вот что произойдет с формой галактик при их столкновении, зависит как от геометрии удара, так и от скорости, с которой он совершается.

  • Когда галактики сближаются со скоростью 200 километров в секунду, они обычно сливаются, словно две капли жидкости.
  • Когда же скорость столкновения достигает 600 километров в секунду, то звездные острова проходят сквозь друг друга, как два призрака.
  • А если сближение происходит при скорости в 1000 километров в секунду, галактики разлетаются на осколки, как столкнувшиеся стеклянные шары.

Фото столкновения «антенных» галактик NGC4038 и NGC4039

Фото столкновения «антенных» галактик NGC4038 и NGC4039

Последствия столкновения галактик

В процессе взаимодействия галактик меняется не только их форма, но и происходят разнообразные перемещения облаков газа и пыли. А это — огромный объем вещества: например, в спиральных системах его количество составляет до 20 процентов их видимой массы. Впоследствии, уплотняясь под воздействием приливных сил, эта облака формируют новые звезды. А поскольку процесс появления молодых небесных тел идет очень быстро, то и светимость галактик за немногие миллионы лет многократно увеличивается.

Таким образом, можно уверенно говорить, что космические столкновения не уничтожают обитателей неба, а, наоборот, способствуют появлению молодых звезд и галактик. То есть по сути, омолаживают космос.

С помощью современных средств наблюдения в «Антенных» галактиках ученые даже смогли увидеть детали появления звездных скоплений.

«Число шаровидных звездных скоплений, увиденных нами, было поразительным, — резюмировал полученные результаты американский астроном Брад Уитморе. — До сих пор мы думали, что шаровые скопления как в нашей, так и в других галактиках, состоят из старых звезд. Оказывается, не всегда так. Понимание такого факта должно изменить нашу точку зрения на поздние фазы развития звезд, а также повлиять на определение времени различных небесных событий».

Основываясь на полученных данных, ученые могут делать важный для астрономии вывод, что столкновения галактик — один из значимых факторов в жизни космоса. При этом в прошлом взаимодействующих галактик было гораздо больше, чем в настоящее время. И связано это, вероятнее всего, с тем, что раньше сама Вселенная была гораздо меньше, а значит, звезды находились на более близких расстояниях одна от другой. Следовательно, они и ударялись или соприкасались намного чаще.

Кстати, изучая результаты взаимодействия звездных систем, ученые установили, что удаленные от нас на миллиарды световых лет галактические скопления составлены преимущественно из спиральных галактик, которые, вероятно, являются самыми древними во Вселенной. А вот скопления, расположенные на меньшем от нас удалении, представлены в основном эллиптическими галактиками. Причем некоторые из них являются космическими гигантами. А стали они таковыми скорее всего потому, что в ходе своего развития за миллиарды лет «проглотили» дюжины других галактик.

Галактика туманность Андромеды сейчас приближается к нам на скорости 300 км в секунду. Пока не так уж и быстро, по космическим меркам

Галактика туманность Андромеды сейчас приближается к нам на скорости 300 км в секунду. Пока не так уж и быстро, по космическим меркам

Но не только о прошлом могут рассказать следы, оставленные на «теле» галактик во время былых соударений. Так, «Антенные» галактики могут помочь заглянуть в далекое будущее: например, «показать», что может случиться в отдаленной перспективе с Млечным Путем.

Сейчас навстречу друг другу несутся два громадных звездных острова: наша звездная система и туманность Андромеды. В настоящее время их разделяет, казалось бы, невероятно большое расстояние в 2,9 миллиона световых лет. Но и скорость их сближения тоже огромна — 300 километров в секунду.

В конце концов через три миллиарда лет эти две системы, вероятнее всего, окажутся рядом друг с другом. А вот о том, что произойдет в результате этого сближения, можно только гадать. Возможно, последует сильнейшее столкновение, а возможно, галактики пролетят рядом друг с другом.

Но даже если галактики не столкнутся, а всего лишь разминутся на близком расстоянии, взаимное притяжение заставит их изменить свои траектории. Есть также вероятность, что затем они сольются и дадут жизнь новой эллиптической системе.

А произойдет это тогда, когда наше Солнце превратится в умирающую звезду. Но в это время на небосводе над мертвой Землей будут уже гореть яркие огни светил во вновь рожденных звездных шаровых скоплениях.

Почему галактики сталкиваются?

Если вселенная расширяется наружу, каковы процессы для одной галактики, чтобы сойти с пути достаточно, чтобы столкнуться с другой?

Вселенная расширяется в больших масштабах. Но на местах все всегда грязно.

Локально, галактики не установлены в камне, они движутся относительно друг друга, и направления случайны. Если они движутся навстречу друг другу достаточно быстро, то они столкнутся.

Также есть гравитация. Некоторые галактики связаны друг с другом под действием силы тяжести, и это приводит к их сближению.

Относительно того, почему галактики движутся вообще относительно друг друга — ну, у вещей в этой вселенной есть кинетическая энергия, и это распределено случайно. При случайном распределении возможны всевозможные сценарии — вещи, убегающие друг от друга, скользящие мимо друг друга, сталкивающиеся друг с другом и т. Д.

Это беспорядочная и случайная вселенная, и порядок расширения становится очевидным только в самых больших масштабах.

Галактики на самом деле не сбиваются с пути — это не невозможно, но такого рода вещи, вероятно, больше не происходят (поскольку пространство продолжает расширяться). На самом деле происходит то, что галактики образуют гравитационно связанные кластеры — внутри кластера ускорение под действием силы тяжести больше, чем эквивалентное расширение пространства между галактиками, поэтому вместо того, чтобы становиться более отдаленными, рассматриваемые галактики со временем сближаются. В конечном итоге это приводит к столкновению и слиянию.

Если расширение останется примерно постоянным, наступит момент, когда мы больше не сможем видеть галактики за пределами нашего скопления. Но для тех, кто достаточно близок, это не имеет большого эффекта — точно так же, как расширение пространства не приводит к увеличению атомов, планет, солнечных систем или галактик.

Я не уверен, что кто-то ответил на заданный вопрос. Основная причина заключается в том, что гравитационно связанные структуры со шкалами времени свободного падения, которые намного короче, чем возраст вселенной, не сильно подвержены влиянию общего расширения вселенной (NB. Структуры со шкалами времени свободного падения, превышающими эту, не будут источником из многих столкновений галактик). То есть локально расширение внутри таких структур незначительно. Однако это не обязательно приводит к столкновениям в масштабе времени, меньшем, чем возраст вселенной.

Первая причина столкновений галактик состоит в том, что скопления галактик имеют очень большую числовую плотность, то есть расстояние между галактиками не намного больше, чем «размер» галактики, где здесь «размер» означает эффективное сечение взаимодействия радиус. В результате этих высоких плотностей динамические временные шкалы свободного падения в богатых скоплениях (и даже в небольших группах галактик) составляют порядка миллиардов лет, и поэтому у галактик достаточно времени для взаимодействия. В отличие от этого, подумайте о том, как вы могли бы построить масштабную модель звезд в локальной окрестности и сравнить размеры звезд с их разнесениями. На самом деле было бы трудно создать такую ​​масштабную модель с любыми значащими по размеру звездами. С другой стороны, вы можете ∼ 10

Вторая причина заключается в том, что многие галактики содержат газ, и этот газ может легко рассеивать кинетическую энергию, а также передавать момент импульса. Другим фактором является то, что массивные скопления галактик содержат внутрикластерный газ, который также может служить для рассеивания кинетической энергии. В гравитационно связанной системе объекты, находящиеся на орбите вокруг друг друга или вокруг общего центра масс, нуждаются в способах потери кинетической энергии и углового момента для того, чтобы произошло столкновение. Даже без газа тот факт, что галактики существуют в группах и скоплениях, означает, что взаимодействия n-тела могут служить для рассеивания энергии и углового момента, чтобы вызвать столкновение.

Галактики не сбиваются с пути — чтобы увидеть, как происходят столкновения, нам нужно вернуться к образованию галактик на ранней стадии.

Итак, Большой взрыв случается. Пространство начинает расширяться — резко и в огромной степени. Это пространство само расширяется, а не галактики, движущиеся в пространстве, кстати, сами расстояния меняются. (Вот почему это называется «метрическим» расширением, метрика — это термин для мер расстояния, а также почему космологи говорят, что Большой Взрыв произошел «везде»).

В крошечные доли секунды, массивное расширение уменьшается. Пространство продолжает расширяться, но гораздо медленнее. Последняя из фундаментальных сил отрывается, и космос остается как безумно горячая плотная смесь, настолько горячая, что даже основные частицы, такие как протоны, нейтроны и электроны, еще не могут существовать — хотя кварки могут.

Но происходят некоторые очень тонкие вещи. Даже несмотря на то, что расширение оставило нас с невероятно однородной, однородной вселенной, плотность действительно меняется в разных местах. По мере того, как вещи охлаждаются, и частицы начинают конденсироваться (и уничтожать, и другие вещи), во Вселенной остаются то, что космологи называют акустическими волнами — в основном стоячие волны. И если вы когда-либо видели видео с вибрирующим лотком с песком , вы будете знать, что одним из эффектов является то, что он оставляет в некоторых местах больше песка, а в некоторых — меньше, из-за помех. Таким образом, наша вселенная заканчивается, поскольку она расширяется, некоторые области более плотные, а некоторые менее плотные.

Второй эффект вступает в игру. Вы узнаете (или слышали о) темную материю. Мы не знаем, из чего он сделан, но мы знаем, что он существует (без него галактики не могли бы сформироваться, они бы разлетелись или заняли бы больше, чем возраст вселенной), и мы знаем много о том, как он ведет себя — какие силы он реагирует, а какие нет. Взаимодействовать через гравитацию — да, очень слабо. Взаимодействовать с помощью электромагнитной силы — нет, совсем нет. Этот последний бит имеет решающее значение.

Когда «обычное» вещество разрушается, оно нагревается. Вот как мы получаем звезды, например. Излучение, выделяемое во время коллапса, также действует как своего рода давление, противодействующее коллапсу, замедляющее его. Вот почему звезды, подобные нашему солнцу, стабильны так долго. Темная материя не взаимодействует электромагнитно (насколько нам известно), поэтому она не может испытывать или создавать электромагнитное излучение. Поэтому, когда он разрушается, он не нагревается, он не выделяет радиацию . Я думаю, вы можете видеть, куда это идет. Во время коллапса нет излучения, которое могло бы противостоять дальнейшему коллапсу, поэтому он может разрушиться гораздо быстрее, чем обычное вещество . В сторону, потому чтоон не может испускать излучение, он также не может выбросить энергию, от которой нужно избавиться, чтобы образовались плотные объекты. Таким образом, в конечном итоге он быстро падает, превращаясь в туманное диффузное «ореол», но затем не может рухнуть намного больше. И неудивительно, что он разрушается в тех местах, где вселенная была немного плотнее. Таким образом, вы получите то, что космологи называют «нити» и «гало» темной материи, немного похожее на губку или швейцарский сыр, с относительными «пустотами», разделяющими их. Обычная материя сильнее притягивается к этим уже существующим филаментам и ореолам темной материи. Это рушится к ним. Самогравитация обычной материи усиливается гравитацией из-за концентрации там темной материи — и обычная материя может теряет энергию из-за излучения, поэтому она разрушается сильнее, чем темная материя, образуя галактики и их содержимое, которое мы можем видеть сегодня.

Гравитация может сделать это, потому что расширение вселенной к настоящему времени настолько сильно замедлилось от своего «расцвета», что гравитация может сблизить часть вещества в пространстве быстрее, чем расширение может добавить пространство между ними . На космических расстояниях гравитация намного слабее, и доминирует расширение, поэтому скопления и сверхскопления все еще раздвигаются, но внутри скоплений галактики и группы галактик ускоряются под действием силы тяжести, так что они в основном остаются в своих группах и скоплениях и перемещаются вокруг или орбита внутри них.

Таким образом, мы получаем вселенную, в космическом масштабе мы видим расширение, «выигрывающее», поскольку гравитация слаба, поэтому мы видим, как сверхскопления раздвигаются. Но внутри скоплений и групп галактик мы видим, что гравитация «выигрывает», потому что она сильнее на меньших расстояниях, поэтому скопления и гравитационно связанные объекты, такие как галактики, остаются вместе.

Это, в свою очередь, означает, что галактики и группы галактик связаны гравитацией больше, чем они разделены расширением. Таким образом, они продолжают двигаться в своих кластерах и группах, несмотря на универсальное расширение. И, иногда, поскольку движение 3 или более отдельных тел под действием силы тяжести хаотично (а скопления могут содержать миллиарды или триллионы галактик), целые галактики будут выбрасываться или сталкиваться, или делать то, что делают галактики. И вот как это происходит.

(Хотя вы не спрашивали, это естественный вопрос, чтобы задаться вопросом, что будет дальше. Мы считаем, что скорость расширения медленно ускорилась. Это означает, что в далеком будущем (десятки и сотни миллиардов лет), что галактики будут должны быть еще ближе друг к другу, чтобы гравитация доминировала над расширением. Таким образом, кластеры, которые сейчас стабильны, могут распасться в далеком будущем. Если расширение ускорится достаточно, тогда в конечном итоге могут распасться даже более мелкие тела, возможно, сами галактики, или даже звезды и атомы Но это то, что никто не знает.)

кино я четвертый 2 дата выхода

смотреть онлайн оствинд

ментовские войны 5 12

Ссылка на основную публикацию
×
×
Adblock
detector