Астрономы потеряли уверенность в столкновении Млечного Пути с Туманностью Андромеды

Астрономы построили наиболее подробную на сегодня модель сближения Млечного Пути и Туманности Андромеды, опираясь на последние данные наблюдений и учитывая динамическое трение и влияние на движение галактик их массивных соседей. Оказалось, что слияние Млечного Пути и Туманности Андромеды в ближайшие десять миллиардов лет происходит лишь в половине рассмотренных случаев — в других сценариях галактики просто сблизятся и продолжат эволюционировать порознь. Статья опубликована в журнале Nature Astronomy.

Слияния галактик играют одну из основных ролей в их эволюции. В случае Местной группы и Млечный Путь и Туманность Андромеды (ближайшая к нам крупная галактика) в прошлом поглотили ряд систем, а на протяжении последнего столетия появлялось все больше наблюдений, свидетельствующих о том, что обе галактики сближаются, причем первые подобные измерения были сделаны еще до того, как Туманность Андромеды была признана галактикой, а не обычной туманностью. Недавние оценки размеров гало галактик говорят о том, что Млечный Путь и Туманность Андромеды уже начинают соприкасаться. Предполагается, что системы способны слиться уже за 4,5–5 миллиардов лет, а в результате образуется эллиптическая галактика.

Группа астрономов во главе с Тиллом Савалой (Till Sawala) из Хельсинкского университета смоделировала сближения Млечного Пути и Туманности Андромеды. Ученые опирались на последние и наиболее точные каталоги данных наблюдений космических телескопов «Хаббл» и Gaia, чтобы свести в своем анализе к минимуму неопределенности в пространственном распределении, скоростей и масс систем, участвующих во взаимодействии. Они также учитывали динамическое трение при помощи модифицированной формулы Чандрасекара помимо гравитационного взаимодействия галактик, а также включили в моделирования близкую спиральную галактику М33 и Большое Магелланово Облако (массивный спутник Млечного Пути).

Профиль плотности гало галактик, содержащего темную материю, моделировался как сферический профиль Наварро — Френка — Уайта. Набор выборок начальных данных, полученных методами Монте-Карло, содержал двадцать переменных, охватывающих свойства гало, кинематические свойства галактик, расстояние между ними и положение наблюдателя. В дальнейшем для каждой из выборок производился ряд численных расчетов орбит галактик с шагом в один миллион лет. Координаты центров галактик, положение центра Млечного Пути относительно Солнца и галактоцентрическая скорость Солнца считались известными и фиксированными. Исследователи также провели несколько моделирований N-тел для системы из четырех галактик, чтобы сравнить результаты для обеих методик.

Оказалось, что будущее обеих галактик выглядит гораздо более неопределенным, чем считалось ранее. В случае системы из четырех галактик слияние Млечного Пути и Туманности Андромеды в ближайшие десять миллиардов лет возникает лишь в половине модельных случаев. Возможны два равновероятных исхода: две галактики сближаются до 10–20 килопарсек за среднее время в 7,6–8 миллиардов лет и при слиянии рождают эллиптическую галактику промежуточной массы или же, из-за отсутствия распада орбит ввиду динамического трения, системы продолжают эволюционировать изолированно друг от друга, не сближаясь менее чем на двести килопарсек.

Еще на процесс сближения Млечного Пути и Туманности Андромеды ощутимо влияют и их крупные соседи. Включение в расчеты орбиты пары галактик М33 уменьшает поперечную скорость Туманности Андромеды относительно нашей галактики и увеличивает вероятность слияния с 50 до примерно 66,6 процента, при этом М33 сольется с Туманностью Андромеды до слияния последней с Млечным Путем.

Включение в расчеты Большого Магелланова Облака уменьшает вероятность слияния Млечного Пути и Туманности Андромеды с 50 до чуть более чем 33,3 процента, увеличивая поперечную скорость Туманности Андромеды и придавая Млечному Пути движение от плоскости орбиты. При этом, Большое Магелланово Облако сольется с Млечным Путем до слияния последнего с Туманностью Андромеды. Включение в расчеты Малого Магелланова Облака (еще один спутник Млечного Пути, но менее массивный) не приводит к существенному изменению вероятности слияния Млечного Пути и Туманности Андромеды.

Таким образом, даже при использовании наиболее точных на данный момент данных наблюдений, будущее крупных галактик в Местной Группе выглядит заметно неопределенной, чем казалось ранее. Ученые отмечают, что их моделирования также не учитывали подструктуры в гало галактик и неоднородность в распределении массы в нем, влияние на движение Туманности Андромеды ее галактики-спутника М32, влияние на движение галактик окологалактических сред и были достаточно идеализированы с точки зрения механизмов динамического трения и слияний галактик, что еще больше увеличивает неопределенность эволюционной картины.

Местная группа входит в Местное сверхскопление галактик, которое, в свою очередь, уже является элементом крупномасштабной структуры Вселенной. Посмотреть на модель эволюции нашего сверхскопления можно тут.