Непростое прошлое Андромеды

Как двигается человек, стоящий на месте? Если отбросить дрейф континентальных плит, это определяет в первую очередь вращение Земли вокруг собственной оси, затем вращение Земли вокруг Солнца. А что дальше? Звезды вращаются вокруг центра Млечного пути, Млечный путь вместе с еще примерно пятью десятками других галактик вращается в составе Местной группы галактик, а она, в свою очередь, участвует в расширении Вселенной в составе Сверхскопления Девы.

Как двигается человек, стоящий на месте? Если отбросить дрейф континентальных плит, это определяет в первую очередь вращение Земли вокруг собственной оси, затем вращение Земли вокруг Солнца. А что дальше? Звезды вращаются вокруг центра Млечного пути, Млечный путь вместе с еще примерно пятью десятками других галактик вращается в составе Местной группы галактик, а она, в свою очередь, участвует в расширении Вселенной в составе Сверхскопления Девы. Узнать механизмы эволюции каждого элемента этой цепочки важно, чтобы видеть всю картину — как за 13 миллиардов лет эволюции из горячего водорода и гелия получился наш шарик с пятью материками и четырьмя океанами. 
Историю одного из элементов в этой цепочке удалось установить Клер Дорман, аспирантке из Университета Калифорнии. В своей новой статье, опубликованной в Astrophysical Journal, она исследовала кинематику звезд в отдельно взятой галактике Андромеды. Масштабы поскромнее, чем в недавней работе о влиянии темной материи на скорости 290 галактик, но уж больно любопытные результаты. У Андромеды, судя по полученным данным, оказалась крайне непростая судьба.
Как и всякая спиральная галактика, Андромеда (она же M31) состоит из из центральной части (балджа), спиральных рукавов, образующих диск и сферического гало, где звезд относительно мало. Однако Андромеда, в отличие от Млечного пути, обладает значительно утолщенным диском. Согласно стандартной космологической модели (так же известной как лямбда-CDM), большинство галактик было образовано в результате слияний или поглощений (привет, экономисты) мелких галактик-спутников. И наличие «размытого» утолщенного диска в галактике — это признак именно таких слияний.

Вообще, есть три теории образования подобных дисков — звезды могут образовываться в изначально более толстых дисках пыли и газа; звезды в тонких дисках могут получить дополнительную скорость, взаимодействуя с падающим при поглощении из карликовых галактик веществом; и, наконец, популяция более динамически горячих звезд (то есть звезд с менее упорядоченным движением) может быть захвачена напрямую из другой галактики в процессе слияния.

Как всегда, теория очень красива, стройна и у нее лишь один недостаток — единственная подробно изученная галактика, наш Млечный путь, вообще лишена толстого диска. А значит, в ее истории не было сколько-нибудь значительных столкновений с другими галактиками, даже с карликовыми спутниками.

И какой вывод следует делать — это наша галактика такая необычная или нужно перерабатывать модель, которая, вообще говоря, считается стандартной именно потому, что большинство специалистов ее принимают и с ее помощью трактуют все наблюдательные данные уже несколько десятилетий?

Что сделала Клер с коллегами: используя снимки телескопа «Хаббл» для определения цвета и яркости звезд (а значит — их массы и возраста), она разбила 5800 звезд на 4 подгруппы в зависимости от возраста. В них вошли 1) молодые сверхгиганты возрастом всего в несколько сотен миллионов лет, 2) старые и 3) молодые гиганты асимптотической ветви (маломассивные звезды в конце своей жизни), и 4) красные гиганты — самые старые звезды, средний возраст которых составляет миллиарды лет. 

После этого, используя спектры этих звезд, полученные в Ликской обсерватории, группа определила их скорости и рассчитала

, то есть установила, насколько скорость данной звезды отличается от средней скорости ближайших соседок. Результаты очень интересны — чем звезды старше, тем дисперсия их скоростей выше! То есть намного более вероятно, что молодые звезды спокойно вращаются вокруг центра Андромеды, в то время как звезды, в которых и ядерная реакция-то уже почти не идет, носятся как угорелые. Более того, даже для самых спокойных звезд в Андромеде дисперсия в три раза выше, чем у звезд Млечного Пути — это ясно указывает на то, что история у галактики М31 намного более сложна и полна событиями.

Даже соотношение дисперсий скоростей в Андромеде неодинаково в разных точках: если в середине диска выведенное соотношение выполняется очень четко, то ближе к центру галактики есть участки — один из них даже получил специальное название Brick 9 — где у группы молодых звезд дисперсия такая же, как и везде, а у трех остальных групп более старых звезд — так и вовсе одна и та же. Будто там был какой-то механизм, который разгонял звезды несколько миллиардов лет назад, а потом очень быстро сошел на нет.  

Возможных объяснений этих результатов несколько. По косвенным признакам понятно, что у Андромеды скорее всего не было единственного столкновения с другой галактикой, но имел место процесс постоянного перетягивания вещества из сателлитных галактик, который вносил всё большее возмущение в орбиты звёзд. А вот аномалию участка Brick 9 можно попытаться объяснить наличием в прошлом перемычки, позже разрушившейся (по непонятным пока причинам).

Итак, теория возникновения галактик в результате слияния, являющаяся частью стандартной космологической модели, получила хорошее подтверждение (50% из нашей выборки в 2 галактики — результат неплохой!). Но появилось много новых вопросов — какие именно галактики поглотила Андромеда, когда этот процесс начался и закончился ли он? Какие силы разрушили перемычку, если она на самом деле была? Какова кинематика звезд в других частях галактики — ближе к черной дыре, в гало, во внешних частях диска? Насколько, наконец, важно для этого шарика с океанами и континентами, что наша собственная галактика развивалась совсем по-другому?