Науково-дослідницька робота «Астрофізичне моделювання зіткнення скупчень»

Міністерство освіти і науки України

Департамент освіти і науки Дніпропетровської облдержадміністрації

Дніпропетровське територіальне відділення МАН України

 

 

 

 

 

Відділення: фізики і астрономії Секція: астрономія та астрофізика

 

 

 

 

 

 

АСТРОФІЗИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ЗІТКНЕННЯ СКУПЧЕНЬ

 

 

 

 

 

 

Роботу виконав: 

Лашутко Євгеній Олександрович, учень 11 класу 

комунального закладу «Середня загальноосвітня школа № 23» Кам'янської міської ради

 

 

Науковий керівник: Охотник Галина Григорівна, вчитель фізики

комунального закладу «Середня загальноосвітня школа № 23» Кам'янської міської ради

 

 

 

 

 

 

 

м. Кам'янське – 2015

ТЕЗИ

Лашутко Євгеній Олександрович,

Дніпропетровське територіальне відділення МАН України

КЗ «Середня загальноосвітня школа № 23» Кам'янської міської ради, 11 клас

Науковий керівник: Охотник Галина Григорівна, вчитель фізики, вчитель-методист 

КЗ «Середня загальноосвітня школа № 23» Кам'янської міської ради Тема роботи: Астрофізичне моделювання зіткнення скупчень.

Зіткнення скупчень ‒ повільний процес. Щоб його бачити, недостатньо володіти лише телескопом. Комп'ютери можуть моделювати це явище, варіюючи маси, швидкості, характер взаємодії ‒ дотичне зіткнення або ж фронтальний удар. Для прикладу візьмемо галактику М51, названу «Вогняне колесо». Знімок показує, як проходить повз неї карликова галактика NGC 5195. Обидві при цьому сильно спотворені, але ще віддалені одна від одної, хоча по знімку здаються сполученими. Зіткнення галактик ‒ величезних космічних об'єктів відбувається з неймовірною силою: вивільняється енергія і переміщуються маси в кількостях, що перевершують будь-яку уяву.

Дуже мала ймовірність того, що при цьому будуть стикатися, зіштовхуватися окремі зірки, оскільки, як правило, вони віддалені одна від одної на відстані, що у сотні мільйонів разів перевищують їх діаметр. У той час як проміжки між галактиками перевершують розміри цих зоряних островів лише у десятки і сотні разів. Тому зіткнення галактик у багато разів імовірніше, ніж окремих зірок.

Іноді карликова галактика просто пронизує велику зоряну спіраль. Галактика, що вторглась, проходячи крізь спіраль, притягує до себе її окремі зірки. В результаті коли карлик залишає велику спіраль, то частина її зірок утворює щось на зразок кільцевого коридору. В ньому залишаються газові хмари, які служать матеріалом для зародження нових світил.

Відомо      взаємодія    галактик     різної          форми:        спіральні,   еліптичні й неправильні. Таке відбувається приблизно з двома відсотками зоряних систем, розташованих у відносно недалекому від Землі просторі.

ЗМІСТ

 

 

I	Вступ		... 4
II	Основна частина		... 6
	1	Зоряні скупчення, асоціації	... 6
	2	Моделі Всесвіту	... 9
	3	Розподіл галактик у Всесвіті	... 11
	4	Приклади зіткнень скупчень	... 13
III	Висновки		... 20
IV	Список використаних джерел		... 21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВСТУП

Об’єкт дослідження: скупчення у Всесвіті.

Мета дослідження: вивчити наукову літературу про зоряні скупчення; дослідити механізм зіткнень скупчень.

Актуальність:

В той час, як весь Всесвіт розширюється з прискоренням, наша галактика Чумацький Шлях неухильно зближується зі своєю сусідкою ‒ Туманністю Андромеди. Їх зіткнення може відбутися ще до загибелі Сонця і навіть Землі. Американські астрономи побудували комп'ютерну модель цього зіткнення, щоб зрозуміти, що ж воно загрожує нашій Сонячній системі. 

Оскільки Всесвіт розширюється, ми бачимо віддалення галактик. Кожна галактика, яку ми спостерігаємо, віддаляється від Землі, Сонця, нашої Галактики. Чим далі від нас галактика, тим більше швидкість її видалення, і ця залежність описується законом Хаббла, вперше виявив сам факт розширення Всесвіту. Але є винятки з правил. Наша сусідка, величезна галактика в сузір'ї Андромеди (також відома як M31) не віддаляється, а наближається до нас зі швидкістю 120 кілометрів на секунду! Це означає, що через кілька мільярдів років дві галактики ‒ Туманність Андромеди та Чумацький Шлях ‒ досягнутий один одного, і почнеться довгий процес злиття двох зоряних островів, пише sunhome. ru. 

Це злиття буде катастрофічним для обох галактик: вони до невпізнання змінять свою форму, спіральні рукави розірвуться під дією гравітації, а траєкторії руху зірок у галактиках зміняться. Що ж тоді відбудеться з нашою Сонячною системою?

На щастя, нічого страшного, стверджують астрономи Томас Кокс (T. Cox) і Абрахам Лоуб (Abraham Loeb) з Гарварду ‒ Смітсонівського астрофізичного центру (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Кембридж, штат Массачусетс, США). Вони провели детальне математичне дослідження, результатом якого стала стаття The Collision Between The Milky Way And Andromeda. У цій статті вони наводять результати моделювання катастрофи космічного масштабу і оцінюють варіанти майбутнього для нашої Сонячної системи. 

Наша Галактика (Чумацький Шлях) та galaxy в сузір'ї Андромеди (Туманність Андромеди) разом з 40 меншими зірковими острівцями входять в Місцеве скупчення галактик в якості двох найбільших членів цієї групи. Тоді як більшість галактик віддаляються далеко від нас, підкорюючись розширенню Всесвіту, Місцеве скупчення галактик пов'язане гравітаційним взаємодією, яке не дає його складовим розбігатися. 

4,7 мільярда років тому (коли утворилася наше Сонце) Туманність Андромеди та Чумацький Шлях знаходилися на відстані 4,2 мільйона світлових років одна від одної. Але оскільки галактики зближуються, до теперішнього часу ця відстань скоротилося до 2,6 мільйонів світлових років. Зближення триває і призведе врешті-решт до зіткнення. Тим не менш розрахунки показують, що зіткнення не буде «лобовим». Через 2 мільярди років дві галактики лише «зачепляться» спіральними рукавами: їх ядра пройдуть один від одного на відстані пари сотень тисяч світлових років. Тим не менш, цієї відстані буде достатньо, щоб галактики закрутилися в смертельній гравітаційної спіралі. 

Під час цієї першої взаємодії з імовірністю 12%, Сонячна система буде вигнана з галактичного диску Чумацького Шляху і потрапить у приливний хвіст, який почне випливати з Нашої Галактики. А з ймовірністю менше 3% Сонце набере таку швидкість, що перейде в галактику М31, покинувши Чумацький Шлях (але все ж залишиться в загальній зоряній системі). До часу початку зіткнення Земля все ще буде обертатися навколо Сонця по своїй орбіті, а майбутні астрономи зможуть засвідчити космічну колізію «у всій її красі». Але через 2 мільярди років зростаюче випромінювання Сонця буде загрожувати життю на Землі більше, ніж космічне зіткнення. Щоб зберегти життя на нашій планеті, майбутнім вченим доведеться знайти спосіб переміщення блакитної планети на безпечну відстань від розлюченого світила. 

Ось чому набуло актуальності вивчення прикладів зіткнення скупчень у

Всесвіті.

 

 

ОСНОВНА ЧАСТИНА

РОЗДІЛ 1

ЗОРЯНІ СКУПЧЕННЯ, АСОЦІАЦІЇ

Зоряне скупчення — гравітаційно зв'язана група зірок, що має загальне походження і рухома в гравітаційному полі галактики як єдине ціле. [7]

За своєю морфологією зоряні скупчення історично поділяються на два типи — кулясті і розсіяні. Групи гравітаційно незв'язаних зірок або слабкопов'язаних молодих зір, об'єднаних загальним походженням, називають зоряними асоціаціями.

Кулясте     зоряне        скупчення — зоряне     скупчення, що     відрізняється від розсіяного      скупчення більшою       кількістю зірок і   чітко окресленою симетричною формою зі збільшенням концентрації зірок до центру скупчення. [7]

Просторові концентрації зірок у центральних областях кулястих скупчень ~ 10³-10⁴ пк⁻³ (в околицях Сонця просторова концентрація зірок становить ~

0,13 пк⁻³), кількість зірок ~10⁴-10⁶. Діаметри кулястих скупчень становлять 20-

60 пк, маси — 10⁴-10⁶ сонячних. [7]

Кулясті скупчення є колективними членами нашої Галактики і входять до її сферичної підсистеми: вони обертаються навколо центра мас Галактики сильно витягнутими орбітами зі швидкостями ≈200 км/с та періодами обертання 108— 109 років. Вік кулястих скупчень нашої Галактики наближений до її власного віку, що підтверджується їх діаграмами Герцшпрунга-Рассела, які містять характерний обрив головної послідовності з блакитного боку, що вказує на перетворення масивних зірок — членів скупчення на червоних гігантів. Кулясті скупчення досить поширені; У нашій Галактиці їх відомо близько 150. Найбільше кулясте скупчення нашої галактики - Омега Центавра. 

На відміну від розсіяних скупчень та зоряних асоціацій, міжзоряні середовища кулястих скупчень містять мало газу: цей факт пояснюється, з одного боку низькою параболічною швидкістю, що становить ≈10^-30 км/с й, з іншого боку, їх більшим віком; додатковим фактором, зважаючи на все, є періодичне проходження через галактичний диск, у якому концентруються газові хмари, що сприяє «вимітанню» газу зі скупчень у результаті таких проходжень.

Розсіяне зоряне скупчення (відкрите скупчення) — гравітаційно пов'язана група зір I типу зоряного населення. Їх середню масу оцінюють у 300 M_☉. У структурі виділяють ядро, діаметр якого не перевищує 30 пк (середнє значення — 5—6 пк) і корону, діаметр якої в 2—10 разів більший за діаметр ядра. [7]

Вік розсіяних скупчень — від десятків мільйонів до мільярда років. Внаслідок цього вони можуть суттєво відрізнятися одне від одного зоряним складом і, отже, виглядом діаграми Герцшпрунга—Рассела. Розсіяні скупчення сконцентровано до галактичної площини, а наймолодші з них зосереджено у спіральних рукавах. На відміну від кулястих скупчень, розсіяні скупчення містять порівняно небагато зір і мають неправильну форму.

У молодих розсіяних скупчень, що асоціюються зі спіральними рукавами галактики, доволі характерний склад. В них рідко зустрічаються червоні і жовті гіганти та зовсім немає червоних і жовтих надгігантів. Водночас білі й блакитні гіганти, хоча власне є рідкісними видами зір, у розсіяних скупченнях зустрічаються постійно. Частіше, ніж в інших місцях Галактики, можна зустріти й зовсім рідкісні зорі —

 білі й блакитні надгіганти (зірки надзвичайно високої світності й температури, які випромінюють у сотні тисяч і навіть мільйони разів більше, ніж наше Сонце). [4]

Зоряні       асоціації —          угрупування        гравітаційно         непов'язаних або  слабопов'язаних між собою молодих зір (віком до декількох мільйонів років), об'єднаних спільним походженням.

За типом зоряного населення асоціації поділяють на:

Ø   OB-асоціації, що здебільшого складаються з гарячих зір спектральних класів O та B;

Ø   T-асоціації, характерні об'єкти яких — змінні зорі типу T Тельця.

Поділ на OB- та T-асоціації є досить умовним, оскільки зорі типу T Тельця виявлено в усіх близьких до Сонця OB-асоціаціях. Однак багато T-асоціацій не мають зір класів O або B. [7]

Пізніше Сідні вад ден Берг (англ. Sidney van den Bergh) запропонував позначення R для асоціацій, що висвітлюють відбивні туманності.

Зоряні асоціації виявив В. А. Амбарцумян 1948 року й передбачив їх розпад. Пізніше дослідження Адріана Блаау, Моргана (W. Morgan), В.Е.Маркаряна, І.М.Копилова та інших підтвердили факт розширення зоряних асоціацій. Згодом було виявлено, що високі концентрації та малі дисперсії швидкостей зір у T-асоціаціях свідчать про їх стійкість.

На відміну від молодих розсіяних скупчень зоряні асоціації мають більші розміри — десятки парсек (у ядер розсіяних скупчень — одиниці парсек) — та меншу густину зоряного населення: кількість зір в асоціації становить від кількох десятків до сотень, маса - 10²—10⁴ M_☉, у той час як розсіяні скупчення налічують сотні тисяч і більше зір.

Своїм походженням зоряні асоціації завдячують областям зореутворення з масивним комплексом молекулярних хмар.

Наразі відомо понад півтори тисячі таких скупчень, хоча вважається, що в нашій Галактиці їх має бути в десятки разів більше. Деякі розсіяні зоряні скупчення можна спостерігати неозброєним оком:  Стожари  (1,4m),  Гіади  (0,8m),  Ясла (3,9m).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 2

МОДЕЛІ ВСЕСВІТУ

Для побудови моделі Всесвіту необхідно дати відповідь на таке запитання:  «Чи має Всесвіт якусь межу у просторі?». Нескінченний і безмежний у просторі та часі Всесвіт привертає до себе увагу тим, що він не має країв і містить нескінченну кількість зір та галактик. Але у такому вічному та безмежному Всесвіті виникають суперечності, які в астрономії називають космологічними парадоксами. Існують три космологічні парадокси: фотометричний, гравітаційний та «теплої смерті» Всесвіту. [1]

Ми розглянемо тільки фотометричний парадокс, який був сформульований у 1744 р. швейцарським астрономом Ж. Шезо та доповнений німецьким астрономом І. Ольберсом у 1826 р. Коротко суть цього парадокса можна виразити у такому запитанні: «Якщо Всесвіт нескінченний, то чому вночі темно?». Здається, що на це запитання зможе відповісти кожний учень,  адже зміну дня і ночі вивчають у початковій школі. Але нам треба пам’ятати, що над нічною поверхнею Землі світить безліч зір безмежного Всесвіту, які випромінюють нескінченну кількість енергії, тому освітлення від зір та галактик має бути не меншим за освітлення, яке створює Сонце. Але з власного досвіду ми бачимо, що вночі небо набагато темніше, ніж вдень. Математики запропонували таку модель Всесвіту, у якій можна спростувати фотометричний парадокс. Всесвіт може бути безмежний, але скінченний. [1]

В одновимірному просторі такий безмежний скінченний світ — це звичайне коло або будь-яка інша замкнена крива .

Зачинений двовимірний простір — поверхня сфери, яка не має межі, але площа поверхні сфери є скінченною величиною.

Ми живемо у тривимірному просторі, і важко уявити собі такий зачинений Всесвіт, який не має межі, але має скінченний об’єм і, отже, обмежену кількість зір та галактик. У такому Всесвіті немає центра, всі точки в ньому рівноправні й у всіх напрямах простір однорідний. На практиці важко перевірити, у якому просторі мешкають якісь істоти, і дізнатися, чи простір є скінченним. Якщо простір зачинений, то мандрівник, подорожуючи в одному напрямку, може зробити кругосвітню мандрівку і повернутись у точку старту. В історії земної цивілізації першу таку подорож зробив Магеллан, який довів, що поверхня Землі є зачиненим двовимірним простором. [3]

У тривимірному Всесвіті космонавти ніколи не зможуть завершити таку навколосвітню мандрівку, тому перевірку можна зробити тільки за допомогою теоретичних міркувань.

Коло може служити моделлю безмежного одновимірного світу, який має скінченну довжину. У такому просторі можна зробити навколосвітню мандрівку і вернутися на місце старту.

Сфера може бути моделлю двовимірного безмежного світу, який має скінченну площу. У такому просторі теж можна здійснити кругосвітню подорож — так Магеллан довів, що поверхня Землі не має межі.

Всесвіт має складну комірчасту структуру, у якій відбувається гравітаційна взаємодія всіх космічних тіл. Навколо зір обертаються інші зорі й планети. Крім того, зорі утворюють величезні скупчення, які налічують сотні тисяч і мільйони об’єктів. У спільному полі тяжіння галактик знаходяться уже сотні мільярдів зір, які обертаються навколо спільного центра. Галактики теж утворюють окремі скупчення, які розміщені у великому масштабі не хаотично, а утворюють дуже дивні структури, що нагадують величезні сітки з волокон. Ми живемо у Всесвіті, який розширюється у безмежному просторі. [1]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 3

РОЗПОДІЛ ГАЛАКТИК У ВСЕСВІТІ

Спостерігаючи гравітаційну взаємодію планет та зір, астрономи звернули увагу на своєрідну ієрархічну структуру руху космічних тіл:

1.             Планети та їх супутники, що обертаються навколо своєї зорі.

2.             Зоряні скупчення,  які налічують тисячі й навіть мільйони об’єктів.

3.             Галактики об’єднують у спільне гравітаційне поле сотні мільярдів зір, які обертаються навколо спільного ядра.

4.             Скупчення галактик, які налічують мільйони об’єктів. [5]

Наша Галактика та галактика М 31 входять до Місцевої групи галактик. Найбільші скупчення галактик спостерігаються у сузір’ях Діви та Волосся Вероніки. У   цьому   напрямку астрономи   відкрили своєрідну Велику Стіну, де на відстані 500 млн св. років виявляється значне збільшення кількості галактик в порівнянні з іншими напрямками.

Окремі галактики взаємодіють між собою, навіть відбуваються їх зіткнення, коли одна галактика поглинає іншу — спостерігається своєрідний галактичний «канібалізм». На останній, четвертій, ступені ієрархічної структури скупчення галактик майже не взаємодіють між собою, тому не виявлено якогось спільного центра, навколо якого могли б обертатися мільйони галактик.

Ще однією характерною рисою розподілу галактик у просторі є те, що вони розміщені у Всесвіті у великому масштабі не хаотично, а утворюють дуже дивні структури, які нагадують величезні сітки з волокон. Ці волокна оточують гігантські, відносно пусті області — порожнечі. Деякі порожнечі мають діаметр 300 млн св. років — на сьогодні це найбільші відомі утворення у Всесвіті. Імовірнішим поясненням цієї волокнистої структури Всесвіту є те, що галактики у просторі розташовані на поверхні величезних бульбашок, а порожнечі є їх внутрішньою областю. З поверхні Землі нам тільки здається, що галактики розташовані подібно до намиста, яке нанизане на волокнах, бо ми їх бачимо на обідках величезних космічних бульбашок. Найбільшим із таких космічних волокон у структурі галактик і є Велика Стіна завдовжки 600 млн св. років і завширшки 200 млн св. років. Просторова модель Всесвіту нагадує шматок пемзи, який у цілому має однорідну структуру, але окремі об’єкти мають порожнини. [5]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 4

ПРИКЛАДИ ЗІТКНЕНЬ СКУПЧЕНЬ

У Чумацькому шляху знайшли сліди давніх галактичних зіткнень.

Вчені з Потсдамського астрофізичного інституту виявили, що незвичайно низька вертикальна швидкість старих зірок у нашій галактиці може пояснюватися зіткненнями з іншими зоряними скупченнями, що траплялися у ранній історії Чумацького шляху.

Дослідження базується на аналізі вертикальної (перпендикулярної площині галактики) швидкості зірок Чумацького шляху. Ці дані про швидкості були зібрані в експерименті RAVE (RAdial Velocity Experiment). Учені виявили, що найстарші зірки, – ті, для яких характерне максимальне співвідношення концентрації магнію до заліза, – мають дуже низькі швидкості, хоча між віком світила і швидкістю його руху існує позитивна кореляція.

Пояснити незвичний розподіл швидкостей допомогло комп’ютерне моделювання еволюції нашої галактики. Науковці виявили, що низька швидкість старих зірок може пояснюватися гравітаційною дією невеликих галактик, з якими Чумацький шлях зіштовхувався у минулому. Такі галактики не можуть мати істотного впливу на основну масу зірок, що перебувають у центрі Молочного шляху, але можуть «витягати» у віддалені райони ті з них, які мають низьку вертикальну швидкість. Саме їх вдалося виявити під час експерименту RAVE.

Зіткнення галактик є невід’ємною частиною їхньої еволюції. Як правило у результаті цього процесу відбувається різке збільшення швидкості утворення нових зірок або з’являються зоряні скупчення дивних форм. В історії нашої галактики зіткнення траплялися не лише у минулому, але й прогнозуються у майбутньому. Так, через 4 млрд років наша галактика має зіштовхнутися з галактикою Андромеда, у результаті чого Сонце буде відкинуте на периферію нового зоряного скупчення на 26 тисяч світлових років від нинішнього положення.

Вчені з Аргонської національної лабораторії (Argonne National Laboratory) і

Гарвард-Смітсонівського астрофізичного центру (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) використовували сучасні обчислювальні технології для моделювання процесу зіткнення галактик. За допомогою тривимірної моделі астрофізики отримають можливість дізнатися більше про роль темної матерії в еволюції галактик. Крім того, цей процес дуже красивий.

Темна матерія називається так тому, що про неї практично нічого не відомо. Тим не менш, вчені знають напевно, що темна матерія практично не взаємодіє з «нормальною» матерією (крім гравітації).

У даному випадку суперкомп’ютер симулює процеси взаємодії двох масивів нормальної матерії і темної матерії. Складність поставленого перед фахівцями завдання полягає в тому, що моделювання поведінки різних типів матерії вимагає різних підходів.

При зіткненні галактик, масиви нормальної матерії, що іменуються також баріонами, змішуються і стають причиною завихрень. Цей процес пояснити просто, тому вчені отримали можливість використовувати під час роботи код для генерації гідродинамічних процесів.

Враховуючи специфіку поведінки темної матерії, яка взаємодіє тільки на гравітаційному рівні, «земні» фізичні принципи в своїх розрахунках вчені застосувати не змогли. З цієї причини, поведінка кожної частки моделювалася в індивідуальному порядку. Цей процес назвали «N-body».

Астрономи ESO спостерігають зіткнення в молодому скупченні галактик.

Оглядовий Телескоп VLT (VST) в обсерваторії Паранал (Південна Європейська обсерваторія у Чилі) одержав чудове зображення скупчення взаємодіючих галактик в сузір’ї Геркулеса.

Оглядовий Телескоп VLT (VST) в обсерваторії Паранал (Південна Європейська обсерваторія у Чилі) одержав чудове зображення скупчення взаємодіючих галактик в сузір’ї Геркулеса. Висока чіткість нового зображення та сотні галактик, захоплених в найменших подробицях менш ніж за три години спостережень, свідчать про велику силу телескопа та його величезної камери OmegaCAM у справі дослідження ближнього Всесвіту.

Скупчення галактик у Геркулесі (також відоме як Abell 2151) знаходиться

на відстані близько 500 мільйонів світлових років від Землі, повідомили в ESO. Будучи дуже неправильної форми, воно містить велику різноманітність типів галактик, особливо молодих спіральних із інтенсивним зореутворенням, але в полі зору нема ніяких гігантських еліптичних галактик.

Нове зображення було одержане із VST — найостаннішим доповненням до інструментарію обсерваторії Паранал ESO в Чилі. VST являє собою оглядовий телескоп, оснащений 268 мегапіксельною камерою OmegaCAM, яка дозволяє отримувати зображення порівняно дуже великої площі неба.

Скупчення галактик утворюються, коли невеликі групи галактик збираються за рахунок сили тяжіння. По мірі взаємного наближення таких груп, скупчення стає більш компактним та більш сферичним за формою. У той же час, самі галактики також зближуються і багато із них починають взаємодіяти.

Вважається, що скупчення галактик в Геркулесі складається принаймні із трьох невеликих скупчень та груп галактик, які в даний час збираються у більше угрупування.

Структура, що отримала назву «Мушкетна куля», є результатом зіткнення двох великих галактичних кластерів. Зіткнення було настільки потужним, що в підсумку так звана звичайна матерія виявилася відокремленою від темної матерії. 

«Мушкетна куля» є наступним етапом в еволюції галактичного скупчення Куля. Виявлення такого великого об'єкта дає можливість дослідникам глибше осягнути різні стадії розвитку галактичних кластерів — найбільших серед помічених у Всесвіті об'єктів, які утримує сила гравітації — після значних сутичок. 

Спостереження за «Мушкетною кулею» за допомогою наземних і орбітальних телескопів чітко показало, що в результаті зіткнення гарячий газ відокремився від темної матерії та галактик. На знімку гарячий газ пофарбований червоним кольором (дані рентгенівського телескопа «Чандра»). Білим і жовтим кольорами показані галактики (дані в оптичному діапазоні, отримані телескопом «Хаббл»). Ділянки з переважанням темної матерії пофарбовані блакитним кольором. Фіолетовий колір — результат накладення блакитного (темна матерія) і червоного кольорів (газ). 

Досліджуючи «Мушкетну кулю», астрофізики сподіваються прояснити одне з важливих питань — запускає або пригнічує процес зореутворення зіткнення галактичних кластерів, або ж зіткнення дає зовсім інший результат.  Друге питання, яке сподіваються прояснити вчені — чи можлива взаємодія одна з одною часток, що складають темну матерію. Перші результати вивчення «Мушкетною кулі» вказують на відсутність взаємодії часток темної матерії між собою. 

За оцінками астрофізиків, зіткнення галактичних кластерів, що утворили

«Мушкетну      кулю»,      відбулося      приблизно      700      млн      років      тому. 

Кластер «Мушкетна куля» — досить віддалений об'єкт, він знаходиться від Землі на відстані близько 5,2 млрд світлових років. 

В об'єкті Эйбелл 520, безсумнівно, відбувається зіткнення величезних скупчень галактик, однак астрофізики поки не знають, чому темна матерія виявилася відокремленою від звичайної речовини. На цьому складеному зображенні темна матерія показана синім кольором. Її розподіл встановлено в результаті ретельного вимірювання спотворень, які скупчення вносить у випромінювання далеких галактик. Дуже гарячий газ, що є однією з форм звичайного речовини, показано червоним кольором. Він виявлений по рентгенівському випромінюванню, зареєстрованому орбітальної рентгенівської обсерваторії Chandra. Окремі галактики, у яких переважає звичайна речовина, виглядають жовтуватими або білими. Згідно загальноприйнятим уявленням, темна матерія і звичайна матерія піддаються дії однакових гравітаційних сил і тому повинні бути однаково розподілені в скупченні Эйбелл 520. Однак це зображення показує, що видимі галактики не концентруються до місць, де багато темної матерії. Можливо таке пояснення: це розходження обумовлене особливостями руху великих галактик у звичайному гравітаційному полі. Згідно більш спірній гіпотезі, темна матерія стикається сама з собою в результаті якоїсь негравитаційної взаємодії, яка ніколи раніше не спостерігалося. Подальше моделювання і вивчення цього скупчення можуть допомогти вирішити цю наукову загадку.

Телескоп «Хаббл» передав на Землю приголомшливі знімки, на яких помітно два зоряних кластера, що, найімовірніше, знаходяться на ранніх етапах злиття. Ці кластери знаходяться у Великій Магелановій хмарі (невелика галактика - супутник Чумацького шляху) на відстані 170 000 світлових років від нас. Вони розташовуються в центрі гігантської зони зореутворення, що називається "30 Золота Риба". Раніше вчені вважали, що виявлене скупчення зірок є поодиноким кластером, але нові знімки, отримані від космічного телескопа" Хаббл", розвіяли ці припущення. Вчені зрозуміли, що це два абсолютно різних скупчення, вікові характеристики яких значно відрізняються, і різниця у віці складає приблизно 1 мільйон років.

Астрономи розгледіли на задвірках Всесвіту найпотужніше зіткнення одразу п'яти галактик.

Виявилося, що дивні зелені дуги, виявлені NASA в минулому році, є величезною звуковою ударною хвилею, викликаною потраплянням однієї галактики ‒ NGC 7318B ‒ в центр групи зі швидкістю кілька мільйонів миль на годину. За розмірами цей спалах перевищує наш Чумацький Шлях, за яскравістю теж.

Астрономи розгледіли на задвірках Всесвіту чергове диво ‒ зіткнення відразу 5 зоряних скупчень. Якби не зелена смуга, яку астрономи назвали «вибуховою хвилею», його могли ніколи й не помітити ‒ це дійство відбувається занадто далеко, в 280 мільйонах світлових років від Землі.

Скупчення галактик ‒ Квінтет Стефана ‒ зіткнулися і випромінювали яскраве світло протягом тисячоліть. Квінтет Стефана названий на честь астронома Едуарда Стефана, який відкрив його в 1877 році в Марселі, Франція. Згуртовану групу можна побачити в сузір'ї Пегаса.

Зараз виявилося, що дивні зелені дуги, виявлені NASA в минулому році, є величезною звуковою ударною хвилею, викликаною потраплянням однієї галактики ‒ NGC 7318B ‒ в центр групи зі швидкістю кілька мільйонів миль на годину. За розмірами цей спалах перевищує наш Чумацький Шлях, за яскравістю теж, пише Daily Mail.

Великомасштабна вселенська катастрофа, яка, як говорять учені, чекає і нашу Галактику в далекому майбутньому, щоправда, не з чотирма, а з однією системою ‒ Туманністю Андромеди. Після зіткнення обидві галактики припинять існування. Точніше, з'єднаються і утворять одну ‒ нову. До цього моменту залишилося ще кілька мільярдів років.

За допомогою комп'ютерного моделювання, фахівці з ГарвардськогоСмітсонського Центру Астрофізики зробили висновок, що наша галактика та галактика Андромеди, які наближуються одна до одної зі швидкістю біля 500 тисяч км/год, врешті зіткнуться. Це станеться приблизно через 2 мільярди років.

Останні дані, отримані за допомогою орбітальної обсерваторії «Хаббл», говорять про те, що Чумацький шлях і сусідня Туманність Андромеди рухаються назустріч один одному зі швидкістю близько 400 тисяч кілометрів на годину, або 110 кілометрів на секунду. Зіткнення неминуче.

Зараз відстань між Чумацьким Шляхом і Туманністю Андромеди становить приблизно два з половиною мільйони світлових років. Шлях назустріч один одному забере у двох галактик не менше 4 мільярдів років. Комп'ютерна модель, побудована в НАСА, показує, що на першому етапі злиття дві галактики будуть триматися на чималій відстані один від одного, але потім, підкоряючись силі гравітації, все ж зіллються в космічному танці.

Єдине питання, яке поки залишається без відповіді, ‒ що ж буде з нами? Чи виживе людська цивілізація в ході цих глобальних космічних процесів?

Вчені не виключають можливості зіткнення Сонця або Землі з іншими космічними об'єктами з Туманності Андромеди, але оцінюють цю ймовірність як «мізерно маленьку». Тому, якщо людство доживе до злиття галактик, то швидше за все, помітить його лише за зміненим зображенням зоряного неба.

Після первинної зачіпки рукавами галактики створять своєю гравітацією загальний центр ваги і почнуть обертатися навколо нього за дивною, що змінюється орбіті. Загорнувши під дією тяжіння один до одного, галактики знову

«зачепляться»      вже    неабияк       «пошарпаними»   спіралями. Потім          боротьба продовжиться, і галактики, трохи віддаляючись і знову стикаючись, будуть «смикати» один одного за боки ще і ще, поки врешті-решт з обох систем не утворюється гігантський рій зірок, який також буде рухатися навколо спільного центру тяжіння. 

Але в центрах обох галактик є супермасивні чорні діри, які в цьому катаклізмі повинні будуть зблизитися одна з одною по спіралі і з’єднатися в одну ще більш велику чорну діру. На сьогоднішній день відомо, що подвійні супермасивні чорні діри можуть стати дуже активними галактичними «печами», що сприяють активізації оточуючого їх газу і пилу для подальшого бурхливого зореутворення. По всій імовірності, такі взаємодії виштовхнуть Сонце у зовнішній ореол нової галактики на відстань принаймні 100 000 світлових років від центру, що, втім, благополучно дозволити уникнути долі бути проглинутими чорною

дірою. [2]

Через 7 мільярдів років, коли наше Сонце буде перебувати на останньому етапі свого життя, перетворившись в червоний гігант, а Земля (якщо не переміститься на іншу орбіту) буде представляти із себе розпечену кулю, галактики зіллються остаточно, і у Всесвіті з'явиться нова галактика - Milkomeda (Млечномеда), як назвали її автори статті. 

Млечномеда буде величезною еліптичної галактикою, без будь-якого натяку на спіральні рукави, які колись прикрашали обидві вихідні галактики. Далі нову зоряну систему чекає спокійне і розмірене життя, позбавлене назавжди ексцесів, пов'язаних із зіткненнями. Бурхливе зореутворення поступиться місцем рівномірному і повільного утворенню нових зірок з залишків газу і пилу.

 

 

 

 

 

 

 

ВИСНОВКИ

Зіткнення скупчень ‒ повільний процес. Щоб його бачити, недостатньо володіти лише телескопом. Комп'ютери можуть моделювати це явище, варіюючи маси, швидкості, характер взаємодії ‒ дотичне зіткнення або ж фронтальний удар. Для прикладу візьмемо галактику М51, названу «Вогняне колесо». Знімок показує, як проходить повз неї карликова галактика NGC 5195. Обидві при цьому сильно спотворені, але ще віддалені одна від одної, хоча по знімку здаються сполученими.

Зіткнення галактик ‒ величезних космічних об'єктів відбувається з неймовірною силою: вивільняється енергія і переміщуються маси в кількостях, що перевершують будь-яку уяву.

Дуже мала ймовірність того, що при цьому будуть стикатися, зіштовхуватися окремі зірки, оскільки, як правило, вони віддалені одна від одної на відстані, що у сотні мільйонів разів перевищують їх діаметр. У той час як проміжки між галактиками перевершують розміри цих зоряних островів лише у десятки і сотні разів. Тому зіткнення галактик у багато разів імовірніше, ніж окремих зірок.

Іноді карликова галактика просто пронизує велику зоряну спіраль. Галактика, що вторглась, проходячи крізь спіраль, притягує до себе її окремі зірки. В результаті коли карлик залишає велику спіраль, то частина її зірок утворює щось на зразок кільцевого коридору. В ньому залишаються газові хмари, які служать матеріалом для зародження нових світил.

Відомо взаємодія галактик різної форми: спіральні, еліптичні й неправильні, які або пролітають повз одна одної на близькій відстані, або зачіпають одна іншу, або навіть фронтально зіштовхуються. При цьому сила взаємного тяжіння таких скупчень нерідко істотно змінює їх зовнішній вигляд. Таке відбувається приблизно з двома відсотками зоряних систем, розташованих у відносно недалекому від Землі просторі. [6]

 

 

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

 

1.     Амбарцумян А., Проблеми еволюції Всесвіту, Ер., 1968 – С. 107 - 112.

2.     Зельдовіч Я. Б. і Новіков І. Д., Релятивістська астрофізика, // ‒ Москва,  1968. – С. 89 - 94.

3.     Курс астрофізики і зоряної астрономії, т. 1—3, // ‒ Москва, 1951—64 4. Марочник Л. С., Насельский П. Д. «Всесвіт: вчора, сьогодні, завтра» // ‒ («Космонавтика, астрономія», вип. № 3,1983 рік). – С. 2 - 6.

5.     Собольов С., Курс теоретичної астрофізики, // ‒ Москва, 1967

6.     Струве О., Зебергс С., Астрономія 20 ст, пер. з англ., // ‒ Москва, 1968 – С. 97 - 102.

7.     Вікіпедія https://uk.wikipedia.org/wiki/

 

Презентація