Около ста лет назад, на рубеже 1923 и 1924 годов, Эдвин Хаббл открыл галактики. К началу XX века считалось, что размеры Вселенной примерно соответствуют размеру Млечного Пути, и диаметр её составляет около 300 000 световых лет. Существовала даже теория «островной Вселенной», которая вплоть до начала 1920-х оставалась мейнстримовой. На тот момент жёстко не разграничивались космические объекты, расположенные в пределах Млечного Пути и вне его. Хаббл первым стал разделять «галактические туманности», которые мы сегодня называем «просто туманностями» и «внегалактические туманности», которые сегодня называются «галактиками». Также Эдвин Хаббл открыл разбегание галактик, и скорость этого разбегания является основной величиной, описываемой законом Хаббла. Впоследствии удалось установить, что Млечный Путь – сам по себе галактика, одна из многих, причём, он относится к наиболее распространённому классу спиральных галактик. Одиночных галактик во Вселенной совсем немного. Напротив, большинство галактик входят в сверхскопления либо в небольшие кластеры. Наша галактика также находится в составе именно такого кластера, который называется «Местная группа».
Так расположены относительно друг друга те 30 больших и малых галактик, которые входят в состав Местной Группы. Как видите, здесь три спиральные галактики – Млечный Путь, Андромеда и Треугольник, Магеллановы облака (галактики-спутники Млечного Пути) и множество мелких галактик шарообразной и неправильной формы. Галактики Местной Группы удерживаются в относительной близости друг к другу благодаря взаимному притяжению. В соответствии с эффектом Доплера, также именуемым «красное смещение», если два объекта в космологическом масштабе быстро удаляются друг от друга, наблюдателю с каждого из этих объектов другой объект будет казаться красноватым. Противоположное явление – синее смещение – наблюдается в случае, когда два объекта быстро сближаются. Самый известный объект, для которого характерно синее (фиолетовое) смещение – это галактика Андромеда. Иными словами, Млечный Путь и Андромеда, сегодня находящиеся на расстоянии около 2 миллионов световых лет, сближаются со скоростью от 100 до 140 километров в секунду. Через три-четыре миллиарда лет две галактики либо столкнутся и смешаются, либо разойдутся бок о бок, слегка соприкоснувшись спиральными рукавами. Неизбежность прямого контакта между ними была постулирована в 2012 году, когда телескоп «Хаббл» позволил с беспрецедентной точностью отследить и классифицировать движение отдельных звёзд в Андромеде. Теоретически ко времени встречи двух галактик Солнце будет на пороге перехода в стадию красного гиганта, но ещё не успеет расшириться и поглотить Землю. Поэтому с Земли это столкновение можно будет наблюдать в реальном времени, если на нашей планете ещё сохранятся обитатели.
Первые столкновения
Столкновение галактик – вполне рядовое явление по меркам Вселенной. В истории нашей галактики было, как минимум, одно столкновение с крупной галактикой. В 2018 году в результате анализа данных космического телескопа Gaia было установлено, что 8-10 миллиардов лет назад Млечный Путь поглотил карликовую галактику, звёзды которой рассеялись в нашей. Её назвали Гайя-Энцелад. На момент столкновения с Млечным Путём ей было около 2 миллиардов лет. В тот период в центре Млечного Пути располагался плотный узкий звёздный диск, но в результате столкновения многие из этих звёзд были вынесены на периферию, и у Млечного Пути образовалось гало. Оставшаяся часть диска потеряла стабильность и постепенно сузилась до перемычки, которая выглядит так:
Оставшиеся в центре Млечного Пути звёзды впоследствии перераспределились в виде нового, более тонкого диска. Подробнее о происхождении перемычки и тонкого диска Млечного Пути рассказано здесь.
Многочисленные акты столкновения галактик или их последствия постоянно попадают в поле зрения современных телескопов, в частности, TESS. В английском языке такое событие называется не «collision» (столкновение), а «merger» (слияние), так как галактики очень разреженные, и между звёздами в них огромные пустые пространства. Поэтому столкнуться в таком случае могут только отдельные звёзды, а большинство звёзд в результате просто перераспределятся в составе более крупной галактики. Вот как выглядит в телескоп галактика Головастик в созвездии Дракона, претерпевшая столкновение с другой галактикой примерно 100-200 миллионов лет назад:
При этом даже сейчас Млечный Путь и Андромеда относятся примерно к одной весовой категории. Андромеда гораздо ярче Млечного Пути – в ней около триллиона звёзд, тогда как в Млечном Пути примерно триста миллиардов. Однако Млечный Путь окружён массивным гало тёмной материи, а в Андромеде тёмной материи мы почти не фиксируем. При столкновении такие крупные галактики во все стороны разбрасывают звёзды и газопылевые языки, непосредственно после столкновения принимают неправильную форму, но в итоге сливаются в более крупную галактику, которая, вероятно, будет эллиптической.
При этом возникнет новый общий галактический центр, и звёзды начнут перестраиваться, занимая новые орбиты вокруг него. Непосредственно при слиянии и при такой переориентации могут происходить единичные столкновения звёзд, в абсолютном выражении — примерно одно столкновение на сто миллиардов светил.
Поглощение попутчиков
Вероятно, до предстоящего слияния и Андромеда, и Млечный Путь ещё могут увеличиться за счёт поглощения других галактик Местной Группы. Около двух миллиардов лет назад Андромеда могла вобрать в себя галактику-спутник М32, также относившуюся к Местной Группе и обладавшую высокой металличностью. В течение ближайших 2,5 миллиардов лет наша галактика может поглотить один из своих спутников, Большое Магелланово Облако, а Андромеда примерно к тому же времени (не в первый раз) сблизится с галактикой Треугольник и также может пополниться ею.
Треугольник примерно вдвое крупнее Большого Магелланова Облака (радиус 9,4 и 5,4 килопарсек соответственно), поэтому к моменту рандеву Андромеда будет значительно превосходить Млечный Путь в размерах. Вот как будет выглядеть из района Солнечной системы процесс слияния галактик в течение от 3 до 7 миллиардов лет с настоящего момента:
Вот как может хронологически протекать слияние (визуализация по данным телескопа «Хаббл»):
Есть ли шансы разминуться
Тем не менее, данные «Хаббла» оставляют поле для интерпретации, и в настоящее время столкновение уже не выглядит неизбежным. Дело в том, что скорость любого космического объекта можно разделить на две компоненты, соответствующие направлениям: радиальную и поперечную скорость. Радиальная скорость позволяет судить, насколько быстро объект сближается с нами или отдаляется от нас, а поперечная – насколько он при этом сдвигается с курса. Если объект находится на встречном курсе с нами, и его радиальная скорость ненулевая, а поперечная – нулевая, то столкновение неизбежно. Но при достаточно высокой поперечной скорости вполне можно разойтись.
Радиальную скорость Андромеды не составляет труда измерить по её доплеровскому смещению (в данном случае – синему, а не красному, как было указано выше). Она составляет около 100 километров в секунду. Что же касается поперечной скорости, в новом исследовании по данным телескопа Gaia, в котором были учтены скорости и траектории более чем миллиарда звёзд, а также их яркость, цвет и взаимное положение, можно примерно оценить поперечную скорость Андромеды в 82 км/с. Учитывая, что Андромеда приближается к нам под углом около 40°, контакт между нашими галактиками вполне может быть минимальным, либо мы разойдёмся бок о бок.
Тем не менее, столкновение остаётся максимально вероятным – прежде всего, потому что мы не знаем точной скорости Млечного Пути, а также не можем спрогнозировать курс и ориентацию Андромеды после её следующего сближения с Треугольником. Другой фактор заключается в том, что контакт двух галактик начнётся задолго до прямого смешивания их дисков, когда войдут в контакт два гало. Сейчас сложно представить, какие взаимодействия (кроме гравитационных) возможны между периферией Андромеды и окружающим Млечный Путь поясом тёмной материи, но вероятно, что в течение некоторого времени галактики будут обращаться вокруг общего центра масс, что немного отсрочит столкновение. Вероятно, собственная радиальная скорость Млечного Пути составляет 34±17 км/с – соответственно, мы сближаемся с общей скоростью около 116 километров в секунду.
Столкновение сверхмассивных чёрных дыр и что будет после
Согласно исследованию и моделированию, проведённому в 2021 году в римском университете Сапиенца под руководством Рикардо Скьяви, примерно через 16,6 миллионов лет после слияния Млечного Пути и Андромеды в единую галактику, столкнутся их сверхмассивные чёрные дыры – по одной такой дыре находится в центрах обеих галактик. К тому времени корректно будет считать обе галактики единым звёздным островом, который сейчас условно называют «Милкомеда». Пока подобных столкновений не наблюдалось, и в принципе неизвестно, как может проходить слияние двух настолько крупных тел как сверхмассивные чёрные дыры. Столкновение точно будет сопровождаться сильнейшими гравитационными волнами, а выглядеть будет подобно огромной сверхновой. По расчётам Скьяви, при массе каждой из чёрных дыр свыше миллиона солнечных, вспышка от столкновения будет в 1019 ярче Солнца в его современном состоянии. Именно на этом слияние завершится, и рисунок созвездий и туманностей на земном (или марсианском) небе полностью изменится. Ещё более парадоксальный исход возможен, если Солнечная система в результате этих событий будет выброшена за пределы Галактики. В рамках самой нашей звёздной системы практически ничего не изменится (кроме, возможно, резкого притока внесолнечных комет), но в телескоп мы будем наблюдать быстро удаляющиеся во все стороны хороводы звёзд, а также исчезновение привычных созвездий. После этого на небе останется только зыбкий галактический диск, который будет светить ярче Солнца, а ночью занимать большую часть неба.
Добро пожаловать в Милкомеду.
