Галактика Икс "на кончике пера"

Не так давно американским астрофизикам удалось предложить метод, позволяющий обнаруживать карликовые галактики-спутники. Существование этих галактик было предсказано давно, однако обнаружить их крайне сложно, поскольку для обычных телескопов они невидимы. Чаще всего ученые могут лишь предполагать их существование, анализируя следы их деятельности.

В начале нынешнего года новый толчок получили поиски крупных скрытых галактических спутников нашей Галактики — Млечного Пути. Астрофизики Суканья Чакрабарти и профессор Лео Блиц из Калифорнийского университета в Беркли (США) на январской конференции Американского астрономического общества в Сиэтле доложили о своей работе по усовершенствованию метода обнаружения крупных галактических образований путем изучения распределения газовых облаков.

Согласно Чакрабарти и Блицу, присутствие карликовых галактик вносит возмущения в распределение холодного атомарного водорода в диске Галактики (что можно отследить с помощью радиотелескопов), причем эти возмущения способны не только выдавать присутствие скрытых масс, но и позволяют оценивать расстояние до спутника и его примерное местоположение. Это что-то вроде оценки размера и скорости невидимого судна по оставляемому им кильватерному следу. В основе всего лежит Фурье-анализ (есть такой раздел математики, в котором изучаются свойства функций с помощью представления их в виде рядов или интегралов Фурье).

По словам ученых, новый метод уже позволил им предсказать существование невидимой галактики, гравитационно связанной с Млечным Путем и вносящей возмущения в движение газа. Масса новоявленной незнакомки превосходит массу наших крупнейших галактических спутников — Большого и Малого Магеллановых Облаков. Движется "Галактика Икс" по параболической траектории и в настоящее время находится на расстоянии около 300 тысяч световых лет от центра Галактики в направлении на созвездия Циркуль или Наугольник, к западу от центра галактики в Стрельце, если смотреть с Земли (напомним, что радиус Млечного Пути составляет порядка 50 тысяч световых лет). Интересно, что возможности нового метода этим не исчерпываются — он позволяет находить галактики, по своей массе в тысячу раз уступающие нашей Галактике.

Исследования американцев помогут разрешить давнюю проблему. Согласно общепринятым теориям образования крупных галактик, все они должны были возникать путем поглощения более мелких объектов. Однако карликовых галактик для этого в окруждающем нас космосе явно недостает. "Не хватает" их и у Млечного Пути, несмотря на то что за последние годы удалось отыскать десятки мелких "карликов" (всего на нынешний момент известно где-то 80 карликовых галактик-спутников).

Помимо общеизвестных и крупнейших Магеллановых Облаков, это также Скульптор и Печь, открытые в 1938 году, Лев I и Лев II, обнаруженные в 1950 году, Дракон и Малая Медведица (1954 год), Киль (1977 год), Секстант (1990 год) и, наконец, Большой Пес, обнаруженный в 2003-м. Ну, а еще более "свежие" новооткрытые карлики по размерам и того меньше. В основном пополнение текущего списка спутников происходит благодаря таким проектам, как SDSS (Sloan Digital Sky Survey) — Слоановскому цифровому обзору неба, который позволил запечатлеть обширные области в беспрецедентных деталях.

Часть карликов может оказаться не настоящими спутниками Млечного Пути, а всего лишь "временными попутчиками". Даже Магеллановы Облака подозреваются порой в подобной "неверности" — точные измерения скорости их движения в будущем могут показать, что эта пара всего лишь пролетает мимо нас по незамкнутой траектории. А ведь согласно теоретическим моделям, описывающим поведение спиральных галактик, общее число спутников должно исчисляться тысячами…

Проблему может решить существование чрезвычайно тусклых и совсем невидимых "малюток", однако их обнаружить по понятным причинам непросто. Возможно также существование абсолютно "темных" галактик, полностью состоящих из темного вещества, которое проявляет себя исключительно путем гравитационного взаимодействия с обычной материей, и никак иначе. По общепринятым теперь оценкам, темное вещество (природа которого до сих пор не выяснена) может составлять примерно 85 процентов от всего вещества Вселенной. И еще большую часть нашего мира составляет так называемая темная энергия (ее почти в три раза больше, чем вещества).

Суканья Чакрабарти занимается совершенствованием методов обнаружения скрытых галактик со времен работы над докторской диссертацией (под руководством профессора Блица). Вместе со своим научным руководителем она опубликовала несколько научных статей на эту тему, последняя из которых — совсем свежая (она принята для публикации в "Астрофизическом журнале" и выложена в архиве препринтов arXiv.org). Согласно ее заключениям, "темные" спутниковые галактики можно находить, анализируя своеобразную "рябь" в распределении водорода в спиральных галактиках.

Компьютерное моделирование показало, что скрытая карликовая галактика находится на противоположной стороне Млечного Пути, отделенная от нас галактическим центром. Если эта галактика не целиком состоит из темного вещества и содержит обычные звезды, то сквозь газопылевую завесу в центре Галактики ее можно в принципе рассмотреть в иных, не оптических, диапазонах — например, обратившись к помощи космического инфракрасного телескопа "Спитцер". Астрономы уже подали соответствующую заявку в адрес руководителей этой миссии и ожидают выделения времени для наблюдений на телескопе.

"Я надеюсь, что наш метод сможет принести такую же пользу в деле выявления скрытой массы и темной материи в галактиках, какую сейчас приносит гравитационное линзирование в случае далеких галактик", — говорит Чакрабарти.

Для того чтобы подтвердить реальность своих прогнозов, Чакрабарти вместе с коллегами успешно протестировала свой метод на двух удаленных галактиках, обладающих уже известными науке слабыми спутниками. В частности, было проведено моделирование эволюции водородных облаков в галактике М51 (это галактика Водоворот в созвездии Гончих Псов, находящаяся в 37 миллионах световых лет от Земли) и ее крупном спутнике NGC 5195 на протяжении 875 миллионов лет. Наилучшее согласие с текущим распределением газа (наблюдаемым с помощью крупнейших радиотелескопов) было досигнуто путем внесения реально обнаруженного спутника.

Другой пример — галактика NGC 1512 и ее небольшой спутник, по размерам на два порядка уступающий своей "хозяйке". Математический анализ позволил правильно "предсказать" массу и расположение этих спутников. В дальнейших планах астрофизиков — расширить эту весьма скромную пока выборку за счет других наблюдаемых в оптике галактических спутников, чтобы установить частоту "ложных срабатываний" и, следовательно, общую надежность метода.

Чакрабарти и Блиц заявили также о том, что их метод может помочь в решении еще одной физической проблемы — опровержении (либо, наоборот, подтверждении) альтернативных теорий, согласно которым никакой темной материи вовсе не существует, а все наблюдаемые отклонения в движении космических тел и "эффект присутствия скрытой массы" в галактиках могут быть описаны путем внесения специальных поправок в закон всемирного тяготения.

Нужно отметить, что поиски таинственных скрытых галактик рядом с Млечным Путем имеют определенную предысторию. Можно вспомнить, что три года назад о возможности существования рядом с нами очень близкой и очень крупной галактики, по своей массе и размерам сопоставимой с туманностью Андромеды (!), заявили известные астрономы Абрахам Лёб и Рамеш Нараян из Гарвард-Смитсонианского астрофизического центра. Такая галактика также может скрываться за пылевой завесой, раскинувшейся в центре Млечного Пути (в направлении на созвездие Стрелец). Если она действительно там находится и мы когда-нибудь сможем видеть сквозь пыль, то эта галактика в земных небесах займет участок, превышающий размеры полной луны (нужно отметить, что угловые размеры Андромеды на самом деле (при должном экспонировании на фотоснимках) тоже в разы превышают видимый диаметр луны — примерно половину градуса).

Столь величественный объект "понадобился" для того только, чтобы объяснить таинственное гравитационное воздействие, испытываемое с той стороны нашей Галактикой. В свою очередь направление и скорость движения Млечного Пути удалось вычислить, основываясь на изучении анизотропии космического микроволнового фона (то есть реликтового излучения, заполнившего все космическое пространство вскоре после Большого взрыва). Длина волны этой радиации благодаря эффекту Доплера уменьшается в направлении движения Млечного Пути. Сдвиг может быть объяснен за счет гравитационного воздействия окружающих галактик и галактических скоплений. Однако, даже просуммировав влияние всех известных нам крупных объектов Местной группы, ученые не сумели получить нужного результата.

Проделанные затем вычисления показали, что несоответствие может быть объяснено наличием беспрецедентно крупной (крупнее Млечного Пути) близкой скрытой галактики. Она может обеспечить добавочный сдвиг со скоростью 120 километров в секунду в направлении на центр Галактики, видимый с Земли.

Невидимая галактика должна располагаться приблизительно в трех миллионах световых лет от нашей, что делает ее самым массивным и близким соседом за исключением туманности Андромеды (которая имеет сопоставимую с Млечным Путем массу и удалена на 2,5 миллиона световых лет от Земли).

Альтернативное объяснение может состоять в том, что наша Галактика испытывает дополнительное ускорение, взаимодействуя с гигантским скоплением из тысяч галактик в 70 миллионах световых лет от нас в том же самом направлении (ненаблюдаемых по той же самой причине — все теряется в скоплениях пыли). Спустя примерно сотню миллионов лет Солнце, двигаясь относительно галактического центра, сместится достаточно для того, чтобы будущие земные наблюдатели (если они к тому времени еще останутся) смогли разглядеть это таинственное "слепое пятно". А пока что наблюдения этих мест можно проводить только посредством радиотелескопов.

Максим Борисов