Может прозвучать странно, но внутри нашей галактики находится труп другой галактики. В 2018 году астрономы проводили исследование движения звезд внутри Млечного Пути и в ходе этой масштабной научной работы было обнаружено, что примерно 33000 звезд не принадлежат нашей галактике.

По движениям звезд ученые могут определить их природу, благодаря этому и было установлено, что обнаруженные звезды не принадлежат Млечному Пути, поскольку их поведение было не похоже на остальные звезды находящихся в соседних системах. Более детальный анализ 600 из этих светил позволил исследователям выяснить возраст и размер галактики, которой они принадлежали, пока не попали в Млечный Путь. Ученые назвали ее Гайя-Энцелад.

Астрономы утверждают, что наша галактика в прошлом уже не раз поглощала своих карликовых соседей. Та же судьба ожидала и галактику Гайя-Энцелад. Примерно 10 миллиардов лет назад ее размер составлял 1/5 размера Млечного Пути, но это не помешало последнему заглотнуть ее целиком.

Звезды уничтоженной галактики теперь составляют большую часть ореола Млечного Пути, а также формируют его толстый диск, придавая ему надутую форму. Другими словами, если бы этой коллизии не произошло, наша галактика выглядела бы совсем по-другому.

Млечный Путь считается сравнительно крупной галактикой даже по космическим меркам. Он содержит по разным оценкам от 100 до 400 млрд разнообразных светил, а также от 25 до 100 млрд коричневых карликов. Кроме того, наша галактика включает в себя более триллиона планет и бесчисленное множество малых небесных тел, а также облака космической пыли и межзвездного газа, которые могут достигать гигантских размеров.

Наиболее впечатляющей частью Млечного Пути по праву можно считать его галактический диск, состоящий из двух компонентов с разными свойствами. Первый из них, так называемый «тонкий» диск, имеет толщину от 1000 до 1300 св. лет. Его видимый радиус составляет порядка 50 тыс. св. лет, однако отдельные звезды располагаются на расстоянии до 90 тыс. св. лет от центра галактики. Тонкий диск содержит около 80% видимого вещества галактики и образовался позднее прочих ее компонентов. Толстый же диск сравним с тонким по диаметру, но вчетверо толще и гораздо более разрежен. Он состоит из старых звезд и почти не содержит межзвездного газа.

Наблюдения за некоторыми светилами Млечного пути в сочетании с математическим моделированием свидетельствуют о том, что в период с 11 до 8 млрд лет назад наша Галактика поглотила другую. Эта гипотетическая космическая структура получила название Гайя-Энцелад. Считается, что она подарила Млечному Пути около 50 млрд светил, а также огромное количество межзвездного газа и темной материи. Благодаря этому грандиозному событию сформировалась большая часть толстого диска нашей галактики, а дополнительный приток газа спровоцировал всплеск звездообразования.

Гайя-Энцелад – крупнейшая, но далеко не единственная галактика, поглощенная нашей. Например, та же участь уже почти постигла другую карликовую галактику, что находится в созвездии Большого Пса. Млечный Путь практически разрушил ее, вытянув своей гравитацией миллионы звезд. Цепочка светил общей массой около 100 млн солнечных уже трижды обернулась вокруг нашей галактики, протянувшись на 200 тыс. св. лет и смешавшись с другими звездами.

Подобное же происхождение имеет поток Стрельца, сформированный несколькими тысячами звезд. Он охватывает нашу галактику вытянутым эллипсом, расположенным практически перпендикулярно главной плоскости. Моделирование показывает, что с высокой долей вероятности все эти светила были захвачены гравитационными силами из карликовой галактики-спутника под названием SagDEG. Она расположена примерно в 50 тыс. св. лет от центра Млечного Пути и в течение нескольких миллиардов лет будет полностью поглощена им.

Десятки лет считалось, что карликовые галактики, окружающие Млечный Путь являются постоянными компаньонами нашей галактики на протяжении многих миллиардов лет. Благодаря новым данным, полученным с помощью космического телескопа Gaia, астрономы изучили характер движения этих галактик и получили удивительные результаты.

Франсуа Хаммер из Парижской обсерватории и его коллеги из других стран воспользовались данными космического телескопа Gaia, чтобы изучить движение 40 карликовых галактик, окружающих Млечный путь.

В результате исследования, ученые выяснили, что эти галактики двигаются намного быстрее, чем гигантские звезды и звездные скопления вокруг нашей галактики. Это происходит настолько быстро, что эти галактики еще не подверглись сильному влиянию Млечного Пути и не были поглощены нашей галактикой.

Подобное поглощение произошло 8-10 миллиардов лет с карликовой галактикой Гайя-Энцелад, а 4-5 млрд лет назад Млечный путь захватил Карликовую эллиптическую галактику в Стрельце и сейчас происходит процесс слияния. Энергия звезд последней выше, чем у звезд галактики Гайя-Энцелад и это указывает на то, что она позже подверглась влиянию нашей галактики, говорят ученые.

А у карликовых галактик из нового исследования энергия звезд еще больше и это говорит о том, что они прибыли к Млечному Пути в течение последних нескольких миллиардов лет.

По словам ученых, если галактика становится спутником Млечного Пути – это означает для нее верную смерть. Благодаря своему гравитационному притяжению или приливной силе, наша галактика старается захватить и со временем уничтожить карликовую галактику во время ее очередного пролета. Раньше считалось, что только большое количество темной материи у карликовой галактики может удержать вещество в галактике вместе и не позволить ей разделиться на части. Поэтому карликовые галактики считались спутниками Млечного Пути, которые вращаются вокруг нашей галактики миллиарды лет.

Исходя из того, что согласно данным космического телескопа Gaia, исследуемые карликовые галактики новички в нашей галактической среде, у них не обязательно должна быть темная материя. Поэтому нужно понять сбалансированы ли эти системы или, скорее, в процессе разрушения, говорит Хаммер.

Мы живем в спиральной галактике Млечный Путь, которая имеет примерный диаметр диска в 200 тысяч световых лет. Диск – видимая часть, основная масса галактики находится в ее гало – сферической области, в которую погружен диск. В гало крайне мало видимых объектов, зато много невидимой темной материи. Количество звезд в нашей Галактике пока не ясно, но вряд ли оно меньше 200 миллиардов, а планет, видимо, еще больше. Астрономы довольно давно обнаруживают здесь следы звезд, которые заметно древнее основного ее населения – вплоть до 13,5 миллиарда лет (то есть они возникли почти сразу после Большого взрыва).

Значительная их часть входит в шаровые скопления – древние компактные образования, наличие которых в «неправильных» местах, где обычно шаровых скоплений нет, указывает на то, что в прошлом они были захвачены в состав Млечного Пути в результате его слияний с другими древними галактиками. Часть таких звезд вращается «против шерсти» (не так, как вся галактика), а часть имеет крайне вытянутую орбиту, внутренняя часть которой приближается к центральным областям Млечного Пути, а внешняя лежит далеко за краем его звездного диска.

Вопросы о том, как и когда происходило это слияние и какими были параметры захваченных галактик, значимы. От них зависит понимание скорости эволюции галактик в целом и их типичных размеров в ранней Вселенной. Дело в том, что сейчас в этих вопросах остаются существенные неясности: многие сверхмассивные черные дыры в центрах древних галактик из ранней Вселенной, которую мы наблюдаем в телескопах на больших красных смещениях, имеют слишком большую массу. Настолько, что неясно, как именно они могли бы успеть сформироваться столь массивными за считаные сотни миллионов лет.

Теперь астрономы из США, Канады и Австралии попробовали смоделировать последнее столкновение Млечного Пути с крупными галактиками древности. Такими скоплениями считаются Messier 2, Messier 56, Messier 75, Messier 79, NGC 1851, NGC 2298 и NGC 5286. Ориентируясь на имеющиеся в Галактике древние шаровые скопления с «неправильными» скоростями движения и положениями, авторы новой работы смогли заметно уточнить время этого события и параметры поглощенной галактики.

Оказалось, слияние произошло около 8-10 миллиардов лет назад. Наиболее вероятная масса галактики Гайя-Колбаса-Энцелад – около 500 миллионов масс солнца обычной материи и 200 миллиардов масс солнца темной материи. Иными словами, она была довольно бедна звездами в сравнении с современным Млечным Путем, но зато располагала большим количеством темной материи. Всего поглощенный объект дал Галактике 20% от массы ее нынешней темной материи и 50% от массы ее звездного гало, то есть звезд, находящихся во внешних по отношению к нашему галактическому диску районах.

Заметная часть из них вращается в ретроградных группах – против направления вращения основной части диска Млечного Пути. Авторы связывают это с тем, что исходная галактика имела противоположное нашей направление вращения.

Одними из главных механизмов роста галактик являются гравитационные взаимодействия между ними, приводящие к слиянию галактик в единую систему. Предполагается, что в ближайшем будущем Млечный Путь поглотит Магеллановы Облака (свои карликовые галактики-спутники), то же самое сделает и ближайшая к нам крупная спиральная галактика М31 или Туманность Андромеды со своими галактиками-спутниками, а примерно через 4,5 миллиарда лет обе большие галактики сольются воедино. При этом подобные события, происходившие в прошлом с галактиками, можно отследить, изучая химический состав и динамику звездного населения.

В конце 2018 года данные телескопа Gaia помогли определить, что Млечный Путь содержит около 30 тысяч звезд, которые имеют необычные вытянутые орбиты и образовывают отдельную последовательность на диаграмме цвет-звездная величина. Сравнение данных наблюдений с компьютерными моделями привело ученых к выводу, что эти звезды принадлежат к карликовой галактике, поглощенной Млечным Путем несколько миллиардов лет назад.

Распределение скоростей звезд-«пришельцев» в фазовом пространстве имело характерную вытянутую форму – поэтому ученые прозвали эту «съеденную» галактику «галактикой-сосиской», она же – «Гайя-Энцелад». Расчет показал, что в результате слияния в Млечном Пути оказалось как минимум восемь шаровых скоплений и около 50 миллиардов масс Солнца в виде звезд, газа и темной материи. Однако существовала большая неопределенность с датировкой этого события.

Группа испанских и итальянских астрономов во главе с Карме Галларт (Carme Gallart) из Института астрофизики на Канарских островах смогла построить достаточно точное распределение звезд по возрасту и металличности в диске и внутреннем гало Млечного Пути, на расстояниях до 6,5 тысяч световых лет от Солнца, используя диаграммы цвет-звездная величина, созданные по данным телескопа Gaia, а затем сравнила их с различными моделями формирования нашей галактики.

Оказалось, что звездное население толстого диска охватывает более широкий возрастной диапазон, чем звезды из двух субпопуляций в гало – «синей» (малый уровень металличности) и «красной» (высокий уровень металличности). «Синяя» популяция связана со слиянием галактики «Гайя-Энцелад» и Млечного пути, которое произошло около десяти миллиардов лет назад, при этом общая масса «Гайи-Энцелада», по оценкам, могла составлять около одной четверти общей массы Млечного Пути. «Красная» популяция представляет собой звезды, образовавшиеся до слияния, в первые три миллиарда лет жизни Млечного Пути.

Слияние двух галактик дало приток газа в нашу галактику, что привело к всплеску активного звездообразования 9,5 миллиардов лет назад и формированию толстого диска. В дальнейшем, около 8–6 миллиардов лет назад, часть газа оказалась в составе тонкого диска, в котором процессы формирования новых звезд продолжаются до сегодняшнего дня.

Благодаря развитию средств наблюдения новые галактики теперь обнаруживаются в неожиданных местах. Например в войдах – пустотах, образованных ячеистой структурой вселенной. Хотя в пустотах, по идее, должно быть пусто. Но галактика Гайя-Энцелад нашлась там, где, вроде, и места нет – внутри нашей галактики.

Сенсация ли это само по себе? Не совсем. Давно известно, что Млечный Путь – гигантская галактика, проглотившая или распустившая на звёздные потоки несколько галактик карликовых. Обычно, при «проглатывании» гало срывается с карлика, растворяясь среди массы звёзд гиганта, плотное же ядро вовлекается в общее вращение вокруг центральной чёрной дыры, и выглядит как одно из скоплений. Только очень большое.

Галактика Гайя-Энцелад – для карликовой, кстати, довольно крупная, уступающая Млечному Пути по массе лишь в 300 раз, – однако, была проглочена по-другому. На всю глубину – в ядро. Захватчик и трофей оказались надеты на одну ось вращения. В результате звёзды поглощённой галактики несутся теперь среди звёзд Млечного Пути… Навстречу им. Оси вращения совпали, а вот направление вращения звёзд в галактиках оказалось противоположным. Так, собственно, галактику Гайя и удалось обнаружить, – по группам звёзд с ретроградным движением.

Первый вопрос, таким образом, очевиден: а не опасно ли это? Конечно, звезда летящая с галактической скоростью по встречке производит устрашающее впечатление. Однако, в галактике более чем достаточно пустоты, и столкновение крайне маловероятно. Настолько, что за 5-7 миллиардов лет, прошедших после проглатывания галактики Гайя, едва ли произошло хотя бы одно такое событие. И несмотря на то, что сближения Солнца с другими звёздами на дистанцию менее одного светового года происходят раз в 100 тысяч лет (очень часто), не факт за 4 миллиарда лет мимо нашего светила пронеслась хоть одна звезда с ретроградным движением.

Собственно, слияния галактик, выглядящие на снимках грандиозными столкновениями, происходят без ущерба для звёздного населения, и даже с увеличением оного. На фронте столкновения уплотняется галактический газ и массово рождаются новые светила.

Но второй вопрос, уже более интересный, заключается в том, почему галактики сталкиваются вообще, если расширение пространства даёт эффект «убегания»?

Убегание явно сказывается лишь на огромных расстояниях. Сверхскопления, пересекающиеся плоскости которых образуют крупномасштабную структуру вселенной – ту самую «ячею», – друг от друга удаляются. А пять миллиардов лет назад начали разбегаться, прекратив вращение вокруг общего центра масс, и скопления внутри сверхскоплений. К слову, состав скопления исчисляется тысячами галактик, а в одном сверхскоплении галактик их может насчитываться до миллиона.

Но, во-первых, структура вселенной не даром названа «пересекающейся». Там, где одно сверхскопление проходит сквозь другое, галактики, двигаясь в разных плоскостях, могут сближаться и сталкиваться. Во-вторых же, внутри скопления галактики продолжают вращаться вокруг общего центра масс, но делают это куда менее организованно и упорядоченно, чем планеты вокруг звезды или звёзды вокруг ядра галактики. Проблему создаёт наличие у скопления лишь условного центра. В нем не сосредоточена основная часть массы системы, да и вообще может быть пусто.

Как следствие, галактики в своём движении очень слабо связаны гравитационными узами с центром скопления, и куда активнее, чем планеты или звёзды, взаимодействуют друг с другом. Взаимное притяжение двух ближайших галактик оказывается выше, чем притяжение какой-либо из них к скоплению. И скопление, в свою очередь, распадается на группы из десятков галактик. Эти группы закручиваются вокруг собственных центров масс, и выстраиваются в пересекающиеся диски. На пересечениях же… дальше – понятно.

Наконец, в мельчайшем масштабе, каждая из гигантских галактик обзаводится спутниками из числа галактик карликовых. И орбиты этих спутников неустойчивы, так как все они в то же время взаимодействуют с другими гигантскими галактиками. Теряя скорость, галактики-спутники снижаются, и входят в своего рода «сферу Роша», внутри которой тяготение их звёзд к ядру гиганта уже выше, чем к собственному ядру карликовой галактики. Так образуются потоки – вытянутые ленты звёзд, вливающиеся в крупную галактику.

Но галактика Гайя-Энцелад была захвачена, видимо, из другой системы, группы или даже скопления. Скорость столкновения оказалась высокой, само же оно очень точным – ядро в ядро. Большая часть звёзд галактики Гайя сгинула в хаосе ближнего окружения Стрельца-А, остальные же рассеялись по всему объёму Млечного Пути.