Перед вами объект Хога – первая из открытых кольцеобразных галактик. Она была обнаружена американским астрономом Артуром Хогом в 1950 году в созвездии Змеи. Почти идеальное кольцо молодых горячих синих звезд окружает более старое желтое ядро галактики.

Кольцеобразная галактика “Объект Хога” имеет пустое пространство между центром и оболочкой длиной в 70000 световых лет, а внутри нее также можно заметить еще одну кольцевую галактику.

Галактики – самые большие объекты во Вселенной. К счастью для нас, они бывают всего нескольких разновидностей, что упрощает их идентификацию и построение теории. Почти все они либо эллиптические (шарообразные), либо неправильные, либо спиралевидные разного типа. Но горстка чудаков (кольцеобразные галактики) не подходит ни к одной из этих категорий, а одна из галактик уникальна даже в рамках горстки этих чудаков.

В 1950 году астроном Артур Хог натолкнулся на крошечное тусклое кольцо, окружающее шарообразный центр, и разумно предположил, что это планетарная туманность – близлежащий клубок газа, выброшенный единственной старой звездой. Он также предложил альтернативное и гораздо более экзотическое объяснение того, что это «кольцо Эйнштейна» из далекого квазара.

В этом сценарии свет квазара искажается в ореол из-за искривления пространства, вызванного массивной сферической галактикой на переднем плане, которую он, кажется, окружает. Но более поздние спектроскопические исследования отвергли это, потому что желтый центральный шар и синее кольцо имеют точно такое же красное смещение, что указывает на колоссальную скорость рывка в 12740 километров в секунду, что доказывает, что они находятся на одинаковом расстоянии от нас. Хог также считал возможным, что это какая-то особенная галактика. Его последнее предположение было верным.

В 2002 году сверхострая оптика космического телескопа Хаббл показала, что Объект Хога, как его сейчас называют, представляет собой идеальное синее кольцо из звезд, пыли и газа, в комплекте с узловатыми сгустками, которые представляют собой неразрешенные звездные скопления.

Другими словами, да, это галактика. Проблема, конечно, в том, что Объект Хога не имеет привычного спиралевидного узора, с рукавами, уходящими внутрь к более старым, более желтым звездам, которые составляют ядро почти каждой галактики. Вместо этого ядро находится в космосе само по себе. Колоссальные 70000 световых лет от него, отделенные почти ничем, парят в этом кольце из миллиардов звезд, планет и неизвестно чего еще. Выглядит так, как будто какой-то злобный инопланетный звездолет пропылесосил средние части галактики, но поразительно пощадил как центр, так и крайние области.

Объект Хога находится на расстоянии 600 миллионов световых лет от нас в созвездии Змеи. Его внутреннее желтое ядро составляет 24000 световых лет в поперечнике, почти такой же длины, как ядро нашего Млечного Пути. Внешнее кольцо Объекта Хога шириной 120000 световых лет аналогично диаметру нашей галактики.

Во Вселенной есть «кольцевые галактики», которые немного напоминают Объект Хога, потому что их периферия намного ярче, чем их внутренность. Однако ни у кого нет кольца, окружающего пустоту, которая, в свою очередь, окружает гигантский желтый шар.

Помимо его причудливого внешнего вида, настоящая загадка заключается в том, как такая конфигурация могла когда-либо возникнуть. Одна идея за другой предлагались, а затем отвергались. Считается, что другие «классические» кольцевые галактики возникли в результате проникновения и разрушения большой спиральной галактики в форме диска вторгающимся компаньоном. Столкновения также могут создавать волны плотности, которые, как показывают компьютерные симуляции, иногда могут давать яркое внешнее кольцо. Но кольцо, окружающее небытие?

Некоторые думают, что Объект Хога возник в результате того, что небольшая галактика прошла через более крупную, 2–3 миллиарда лет назад. Но отсутствие поблизости кандидатов, плюс медленное вращение ядра по сравнению с движениями кольца, заставляет большинство астрономов отвергать эту гипотезу. Один ученый считает, что эта галактика может испытывать крайнюю нестабильность, которая приводит к такой форме, в то время как другие отмечают, что в этом случае ядро имело бы форму диска, а не шара, который мы видим сейчас.

Несколько чрезвычайно редких галактик так называемого типа Хога можно найти с трудом, но все они имеют различия, например, следы спиральной структуры или ядра, имеющие перемычку, эллиптическую или дискообразную форму. Поэтому галактика “Объект Хога” действительно уникальна в космосе.

Несмотря на крайнюю редкость кольцевых галактик, внутри кольца Хога есть кольцевая галактика. Объект Хога находится так далеко, что его видимая ширина составляет всего четверть угловой минуты. Каковы шансы, что другое кольцо появится внутри другого кольца? Кажется, что это невозможно, этого не может быть, но все же, мы видим колесо в колесе!

Из-за схожести с планетарными туманностями объект Хога первоначально был принят за остаток от вспышки сверхновой. Однако после того, как Хог определил красное смещение объекта, стало понятно, что он удален от нас на огромное расстояние, как минимум на 600 млн световых лет, и значит, не может находиться в нашей галактике, а сам является другой галактикой (наша галактика Млечный путь имеет диаметр 160–200 тысяч световых лет).

Также Артур Хог предполагал, что скопление звезд в центре и окружающее его кольцо – гравитационно не связанные объекты. Согласно его гипотезе, видимое кольцо – продукт гравитационного линзирования более далекой галактики на более близкой эллиптической галактике или же оптический дифракционный эффект, например диск (узор) Эйри.

Дифракционные эффекты возникают из-за волновой природы света. При прохождении через отверстие (например, объектив телескопа) световые волны как бы огибают стенки отверстия и искажают изначальное изображение. Узор Эйри сильно зависит от телескопа, а кольцо объекта Хога шире, чем то, которое могло возникнуть из-за дифракции. Кроме того, в этом кольце много крупных несимметричных участков разной яркости, своего рода вкраплений. На снимке видно, что это скопления более ярких голубых звезд. Такие вкрапления нехарактерны для дифракционных эффектов. В итоге предположение о дифракционной природе кольца было быстро отвергнуто.

Гравитационное линзирование – это эффект, при котором свет от более далекого объекта изменяет направление движения под действием гравитации ядра галактики или другого тяжелого объекта. Если источник света, линзирующий объект, и наблюдатель располагаются на одной прямой, источник света будет виден как кольцо вокруг массивного объекта. Измерения красного смещения кольца и центральной области объекта Хога дали одинаковое значение; это означает, что они находятся на одном расстоянии от Земли, что опровергает теорию о гравитационном линзировании. Таким образом, когда были отметены все другие возможности, объект был признан первой открытой кольцеобразной галактикой.

Диаметр ядра галактики составляет около 5,3 килопарсек (около 17 тысяч световых лет), окружающее кольцо имеет внутренний диаметр 24,8 килопарсек (около 80 тысяч световых лет) и внешний диаметр 39 килопарсек (около 127 тысяч световых лет). На фото из-за более яркого излучения и упомянутых эффектов дифракции вокруг ядра возникает ореол, который зрительно создает впечатление, что ядро больше, чем есть на самом деле. Внешний диаметр кольца сравним с диаметром нашей галактики Млечный Путь. Область между кольцом и ядром составляет две трети от общего размера галактики и практически прозрачна. Сквозь нее можно увидеть более далекие галактики. Однако в «пустом» пространстве между ядром и кольцом всё же обнаружены редкие небольшие ассоциации звезд, относящиеся к галактике.

После открытия Хога было обнаружено довольно много галактик такого типа. К кольцеобразным галактикам относят AM 0644-741 (Lindsay-Shapley Ring), Колесо Телеги (ESO 350-40), Zw II 28, Vela ring galaxy, PGC 1000714 и другие. Даже на фото объекта Хога сквозь незаполненное пространство между ядром и кольцом можно заметить другую кольцеобразную галактику – SDSS J151713.93+213516.8. Тем не менее эти объекты встречаются гораздо реже спиральных или эллиптических галактик.

Есть несколько теорий происхождения кольцеобразных галактик. Согласно самой распространенной, они формируются в результате прохождения одной небольшой галактики сквозь центр крупной галактики, имеющей плоскую форму. В этом случае маленькая галактика, как пуля в мишень, будет влетать в крупную галактику. Для звезд «галактики-мишени» возникнет дополнительная сила притяжения к звездам «галактики-пули», и эта сила будет расти по мере приближения галактик друг к другу. Звезды под воздействием новой силы начнут дополнительно притягиваться к новому источнику тяготения и развивать дополнительную скорость.

При непосредственном контакте галактик сила притяжения увеличивается максимально. В это время звезды плоской галактики продолжают разгоняются под действием гравитации в направлении к центру своей галактики. Когда «галактика-пуля», пройдя сквозь «галактику-мишень», уже удаляется, сила притяжения звезд к центру плоской галактики, наоборот, уменьшается. Звезды уже успели достаточно разогнаться, и за счет инерции начинают улетать от центра к периферии, так как притяжение центра галактики уже недостаточно, чтобы удерживать их на близких орбитах. В центре остаются только те звезды, которые непосредственно смешивались со звездами галактики-ударника, и те, гравитационное притяжение к центру которых компенсировалось гравитационным притяжением звезд с внешней стороны. Их скорость не возрастала, и силы притяжения после удаления небольшой галактики было достаточно для удержания их в центре. Также в результате столкновения газовых облаков двух галактик образуется волна звездообразования, которая распространяется от центра к периферии. Со временем эта волна добирается до края галактики, образуя яркое кольцо. Так объясняется разница в цвете кольца и ядра.

Для галактик II Hz 4, AM 0644-741, Колесо Телеги галактики, с которыми они могли столкнуться, обнаружены, и эта теория подтверждается различными моделями. Только для объекта Хога такой галактики обнаружить не удалось. К тому же в упомянутых галактиках кольцо не абсолютно симметричное, а немного вытянуто. В имеющихся моделях настолько ровное кольцо, как у объекта Хога, получается только в случае очень точного попадания «галактики-пули» прямо в центр «объекта Хога».

Другая теория предполагает постепенное разрушение галактик-спутников наподобие звездных потоков. Примером похожих структур может служить наша галактика, а также Магелланов Поток, NGC 474 и NGC 5907. Правда, в этом случае должны иметься приливные хвосты, но если разрушение галактик-спутников произошло 2 млрд лет назад, то вполне возможно, что эти хвосты уже не так заметны. В этом случае редкие скопления звезд внутри пустого промежутка в объекте Хога можно интерпретировать как остатки тех самых хвостов. Разница в цвете кольца и ядра объясняется их различным происхождением.

Существует и третья теория. Предполагается, что изначально это была спиральная галактика с баром (перемычкой) – вытянутым образованием, соединяющем ядро галактики и ее спиральные рукава. В результате внутренних процессов может возникнуть неустойчивость, и бар разрушится. При этом остается только ядро и две спирали, которые плавно соединятся в кольцо.

В качестве примера можно привести спиральную галактику NGC 7742 и линзовидную галактику NGC 2859. Безусловно, эти галактики не являются кольцеобразными, но в них выделяются кольцевые образования. Недостаток этой теории в том, что у спиральных галактик ядро должно иметь более плоскую форму, чем у объекта Хога. Кроме того, эта теория не объясняет существенную разницу в цвете ядра и кольца.

Подтвердить ту или иную теории можно с помощью изучения распределения молекулярного водорода. Водород способен оставлять следы в виде приливных хвостов, которые могут подтвердить слияние галактик, наличие бара в прошлом или событие пролета другой галактики насквозь. Но пока исследования объекта Хога в радиодиапазоне из-за низкого разрешения не могут дать четкого ответа.

В итоге происхождение этой галактики оставляет много вопросов, а изучение ее свойств побуждает ученых к созданию новых теорий и к поиску новых способов исследования. Выводы, которые могут быть получены в процессе изучения объекта Хога, могут изменить представления о динамике и эволюции галактик.

Объект Хога представляет собой тип кольцеобразных галактик, из-за структурных особенностей похожих на планетарные туманности. Поскольку такие объекты встречаются крайне редко (менее 0,1 процента наблюдаемых галактик), их изучение затруднено. Так, неизвестен точный механизм их формирования, кроме того, до сих пор неясными оставались детали их устройства.

С этой целью ученые из Университета Миннесоты в Дулуте и Музея естественных наук штата Северная Каролина использовали снимки кольцеобразной галактики PGC 1000714, сделанные телескопом в Чили в мультиволновом диапазоне. PGC 1000714 расположена в 359 миллионах световых лет от Земли, она состоит из эллиптического ядра, окруженного двумя круглыми кольцами.

Анализ позволил авторам определить возраст каждого кольца. Возраст более молодого внешнего кольца синего цвета ученые оценили в 130 миллионов лет, более древнего внутреннего кольца красного цвета – в 5,5 миллиарда лет. По мнению ученых, такое строение указывает на то, что формирование PGC 1000714 проходило в два этапа, детали которых, однако, неизвестны.

По предположению исследователей, внешнее кольцо галактики могло образоваться вследствие поглощения карликовой галактики, некогда расположенной поблизости. В свою очередь, более древнее внутреннее кольцо PGC 1000714 является очень рассеянным, что необычно для подобных объектов. Прояснение истории галактики потребует получения снимков более высокого разрешения.

Объекты Хога составляют меньше десятой процента от всех галактик в наблюдаемой Вселенной. Большинство галактик можно классифицировать с помощью последовательности Хаббла, в которой выделяют эллиптические, спиральные (наподобие нашего Млечного Пути), спиральные галактики с перемычкой и неправильные галактики. Позднее сам Хаббл добавил в классификацию еще один тип – линзовидные галактики. Однако ни один из указанных типов не описывает кольцеобразное скопление звезд.

Главная загадка, которую галактики, подобные объекту Хога задают ученым – это их происхождение. Центральные эллиптические скопления звезд в них явно возникли намного раньше звездных колец вокруг: в ядре звезды видны в красном и желтом спектрах, а молодые звезды кольца – ярко-голубые.