Где можно найти древние галактики, практически не изменившие структуру с момента своего образования? Наверняка, их следует искать на краю Вселенной. Но, как оказалось, подобные объекты можно обнаружить неподалеку от нашего Млечного Пути. NGC1277 – одна из таких уникальных законсервированных галактик, и благодаря ей мы сможем узнать больше о структуре молодых галактик на раннем этапе жизни Вселенной.

Считается, что галактики начали образовываться следующим образом: огромное газопылевое облако сжималось под действием гравитации, зажигались новые звезды – из-за большого количества «строительного материала» это происходило в тысячи раз быстрее, чем в наши дни.

После взрывного темпа образования новых светил наступил период затишья: галактика медленно собирает находящиеся в космическом пространстве внегалактические объекты, увеличивается в размерах, неспешно создаются новые звездные системы. На этом этапе «взрослой жизни» находятся все расположенные рядом галактики, кроме NGC 1277.

По подсчетам астрономов, звездообразование в ней прекратилось около 10 млрд. лет назад, когда истощились запасы собственного газопылевого облака. А в окружающем космическом пространстве не нашлось материи для продолжения роста NGC 1277, поэтому она «законсервировалась», дойдя до нас в «детском» возрасте и показывая, какими были все галактики через 1,5 млрд. лет после большого взрыва.

Удивительно, что подобная галактика расположена совсем рядом с нами – всего в 200 млн. световых лет от Земли. Другие ранние галактики находятся на самом краю Видимой Вселенной, поэтому хоть их свет и доходит до нас, но изучить их звездную структуру для современной техники не представляется возможным. В отличие от NGC 1277, в которой видны все шаровые скопления звезд, возникшие на взрывном этапе их образования.

Обнаружение подобной ранней галактики поможет ученым расширить понимание структуры молодой Вселенной и, возможно, ответить на ряд давно интересовавших их вопросов: например, какое количество темной материи находится в галактике на ранних этапах ее существования.

NGC 1277 – линзoвиднaя гaлaктикa, удaлeннaя нa 220 миллиoнoв лeт. Пpoживaeт в Пepcee, a пo видимoй вeличинe дocтигaeт 14.7. B цeнтpe cкpывaeтcя oгpoмнaя чepнaя дыpa. Пpимeчaтeльнa тeм, чтo пo paзмepaм выcтупaeт oднoй из нaибoлee кpупныx.

28 нoябpя 2012 гoдa дыpу нaшлa кoмaндa Peмкo вaн дeн Бoшeмa. Oни иcпoльзoвaли тeлecкoп Xoбби-Эбepли, чтoбы пpocлeдить тpaнcфopмaцию диcпepcии cкopocти и oтыcкaть этo нa cнимкax тeлecкoпa Xaббл.

Чepнaя дыpa в гaлaктикe NGC 1277 в 17 миллиapдoв paз пpeвocxoдит мaccу Coлнцa (14% oт гaлaктичecкoй). Baжнo пoнимaть ee мacштaбы, тaк кaк бoльшaя чacть пoдoбныx oбъeктoв дocтигaeт вceгo 0.1% гaлaктичecкoй мaccы. Пpимeчaтeльнo тaкжe тo, чтo тaкoгo мoнcтpa нaшли в линзoвиднoм гaлaктичecкoм типe, вeдь бoльшинcтвo гигaнтoв ютятcя в эллиптичecкиx. Ho нa мoмeнт oткpытия oнa зaнимaлa втopую пoзицию пo вeличинe. Гopизoнт coбытий пpocтиpaeтcя в диaмeтpe в 11 paз дaльшe, чeм диcтaнция Heптун-Coлнцe.

NGC 1277 cчитaeтcя мaлoй гaлaктикoй, зaнимaющeй 10% oт paзмepoв нaшeй. Ho ee чepнaя дыpa пpeвocxoдит нaшу в 4000 paз. Cooтнoшeниe мeжду мaccoй чepнoй дыpы и гaлaктичecкoй выcтупaeт нaибoлee кpупным из извecтныx (в 100 paз бoльшe, чeм у типичныx гaлaктик). Этa нaxoдкa мoжeт coздaть нoвый тип взaимooтнoшeния гaлaктики и чepнoй дыpы и пoмoжeт paзoбpaтьcя в пpoцecce фopмиpoвaния гaлaктик и иx чepныx дыp.

Пpинятo cчитaть, чтo paзмep чepнoй дыpы зaвиcит oт мacштaбoв цeнтpaльнoгo гaлaктичecкoгo peгиoнa, пoтoму чтo пoлaгaют, чтo oнa paзвивaeтcя вмecтe c гaлaктикoй. Ho этoт кoнкpeтный cлучaй пpoтивopeчит тeopии. Bдoбaвoк, нaшли eщe 5 гaлaктик c пoдoбными мoнcтpaми.

B фeвpaлe 201З гoдa выдвинули тeopию, чтo чepнaя дыpa в NGC 1277 coзвeздия Пepceй мoглa быть нe poднoй, a выбpoшeннoй из гигaнтa NGC 1275 (Пepceя A). To ecть, в пpoцecce cлияния двуx эллипcoв пoявилacь NGC 1275, a ee чepнaя дыpa пoпaлa пoд гpaвитaциoннoe влияниe мeньшeй NGC 1277 и cтaлa ee чacтью.

Ближaйшaя пo paзмepу чepнaя дыpa pacпoлoжeнa в NGC 4486 B. Этo cпутникoвaя гaлaктикa M 87 в Дeвe. Oнa дocтигaeт 11% гaлaктичecкoй мaccы.

Но сама галактика интересна не только этим, в этой небольшой статье расскажем о ней чуть подробнее.

Звездообразование здесь завершилось более чем 8 млрд. лет назад, но почему так происходит? Дело в том, что в галактики не хватает газа и пыли для образования новых светил. NGC 1277 двигается в пространстве очень быстро, со скоростью 3,2 миллиона км/ч, а это значит, что она не успевает взаимодействовать с другими галактиками при помощи гравитации, тем самым остается без строительного звездного материала.

Именно из-за бешеной скорости NGC 1277 ни разу не сталкивалась с другими галактиками, хотя находится в скоплении Персея, куда входят тысячи разномассивных галактик.

Судьба у NGC 1277 печальная, последние оставшиеся звезды будут постепенно угасать пока в конечном итоге не останутся только белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры.

Новые наблюдения сравнительно близкой компактной галактики NGC 1277 показали, что вокруг нее мало шаровых скоплений, бедных элементами тяжелее гелия. Это указывает на то, что NGC 1277 сохранилась до наших дней почти в своем первозданном виде после формирования около 10 миллиардов лет назад, и подтверждает существующие фундаментальные предположения об эволюции массивных галактик вроде нашей.

Вы, наверное, знаете, что изучение далеких галактик из-за конечности скорости света эквивалентно прямому «рассматриванию» прошлого. Однако, как показывают наблюдения, 10 миллиардов лет назад (то есть через 3,7 миллиарда лет после Большого Взрыва) галактики, в целом, уже были похожи на современные. К тому же, совсем далеких и древних галактик известно не так уж и много.

И даже если вам покажется, что удалось найти еще одну такую, придется приложить массу усилий, чтобы доказать это самому себе. А потом – еще больше усилий, чтобы убедить в этом научное сообщество. Но даже в случае успеха эта галактика может иметь столь малые видимые размеры и столь малую видимую яркость, что о детальном изучении ее пространственной структуры и спектра можно будет забыть.

Однако, расчеты показывают, что примерно одна из тысячи массивных галактик в местной Вселенной может оказаться «реликтовой» – прошедшей не вполне стандартную для таких галактик жизнь и как бы не тронутой временем.

По существующим на сегодня представлениям, жизнь каждой более-менее массивной галактики (после того, как гигантское гало темной материи собрало вокруг себя достаточное количество газа) делится на два этапа. Первый этап – это формирование и эволюция звезд из газа, первично собранного гравитацией темной материи, которая составляет как бы связующий каркас каждой галактики.

Этот процесс длился сотни миллионов лет и способствовал образованию звезд следующего, второго, поколения, которые, в отличие от первых звезд, уже были обогащены тяжелыми элементами. Наименее массивные из них (а, стало быть, не очень горячие – красные – звезды) вполне могли дожить и до нашего времени.

На втором этапе сформировавшаяся массивная галактика, в которой почти весь газ, способный стать звездами, уже ими стал, поглощает другие, более мелкие, карликовые галактики-спутники, подпитываясь их материей, увеличиваясь в размерах, массе и, что важно, получая возможность продолжить звездообразование и добавить в свое звездное население «молодую поросль». Если второй этап был пропущен, то должна получиться галактика, которая за прошедшие миллиарды лет так и не смогла «омолодиться» и в этом смысле является «реликтовой».

Одним из аргументов в пользу такой теории «двухэтапной» эволюции было то, что иначе не удается объяснить большое количество свободного газа и молодых звезд, которые мы видим прямо сейчас в галактиках, подобных нашей. И каждое прямое наблюдательное доказательство этой теории имеет большое значение.

Но почему нельзя просто посмотреть на далекие галактики и выяснить, падают ли на них их спутники, какие и в каком количестве? Дело в том, что это не так просто сделать. Карликовые галактики (которые часто являются спутниками больших галактик) очень малы, имеют малую светимость и поэтому их тяжело обнаружить. Яркой иллюстрацией этого служит тот факт, что к концу XX века астрономы смогли обнаружить всего лишь 11 из более чем 50 (известных на сегодня) спутников нашей собственной Галактики.

Да, мы можем наблюдать красивейшие картины столкновения больших галактик сравнимых масс. Более того, такая же судьба через 4–5 миллиардов лет ждет и наш Млечный Путь с Туманностью Андромеды. Но такие события редки. А вот маленьких галактик существенно больше, и поэтому вероятность столкнуться с ними (или притянуть к себе, если это спутник) у обычных галактик гораздо выше. И именно такие события должны давать значительный вклад в эволюцию массивных звездных систем.

И здесь особую роль сыграла линзовидная компактная галактика NGC 1277. Она по крайней мере в два раза меньше и в 10 раз легче Млечного Пути. Она расположена на расстоянии 220 млн световых лет в созвездии Персея и в этом смысле является сравнительно близкой. Ее размеры и масса сравнимы с параметрами тех молодых галактик, которые наблюдатели находят на красных смещениях z > 2 (что соответствует возрасту Вселенной около 3 миллиардов лет). Это позволило уже заподозрить ее в «реликтовости». Ведь даже чисто статистически не каждая массивная галактика во Вселенной пройдет стандартный эволюционный путь, описанный выше.

Исследование спектра этой галактики в 2013 году показало, что он соответствует излучению исключительно старых звезд возрастом порядка 10 миллиардов лет, которые, причем, обогащены тяжелыми элементами.

Но этот факт еще не говорит напрямую об истории взаимодействия этой галактики со своими возможными спутниками. А вот то, что новое исследование сферического гало NGC 1277 показало недостаток малометалличных шаровых скоплений, входящих в состав этой галактики, говорит о многом.

Здесь необходимо пояснить две вещи. Во-первых, в галактиках, схожих по массе и размеру с NGC 1277, есть шаровые скопления – компактные сферические системы из тысяч (а порой – и сотен тысяч) звезд. И массивные звезды в них тоже со временем производят тяжелые элементы.

Однако, – и это во-вторых, – если шаровое скопление находится в поле тяготения маломассивной галактики, то выброшенная взрывом сверхновой материя скорее улетит в межгалактическое пространство, нежели вернется обратно и позволит возникнуть более металличным звездам.

В массивных же галактиках ситуация обратная – там обогащенный металлами газ скорее вернется назад. В результате, маломассивный спутник, падающий на более массивную галактику, обладает гораздо меньшей металличностью и приносит ей почти исключительно водород и гелий. В том числе – в виде новых малометалличных шаровых скоплений. А последние внешне отличаются от более металличных своим цветом, так как выглядят более голубыми.

Еще более 20 лет назад было замечено, что популяции шаровых скоплений в галактиках действительно состоят из двух частей – «красных» и «голубых». И такую бимодальность логично было объяснить именно тем, что голубые (малометалличные) скопления – пришлые, то есть достались галактике от поглощенных ею маломассивных спутников. В рамках этой идеи галактика, если она оставалась «нетронутой» с момента ее образования, не должна иметь (или иметь, но мало) голубых шаровых скоплений в своем составе.

Именно это и проверяли астрофизики в обсуждаемой работе. Они наблюдали окрестности NGC 1277 на телескопе «Хаббл» и измерили цвета более сотни шаровых скоплений, принадлежащих ей и галактике NGC 1278, видимой на небе по соседству с NGC 1277. Оказалось, что показатели цвета скоплений, принадлежащих NGC 1277, имеют систематически большие значения. Это говорит об их «красноте» и, стало быть, их большей металличности.

То есть рядом с этой галактикой почти нет малометалличных скоплений, которыми она могла бы обогатиться за счет своих спутников. Значит, можно утверждать, что NGC 1277 не проходила второй этап эволюции и поэтому осталась достаточно маломассивной и компактной. Эта галактика – настоящий реликт, найденный почти «на заднем дворе».

То, что она, имея малые размеры, массу (то есть будучи похожей на галактики, которые мы видим на расстояниях в 10 миллиардов световых лет) и исключительно старые звезды в составе, оказалась галактикой без признаков дополнительной аккреции вещества, является почти прямым доказательством того, что именно аккреция вещества из галактик-спутников определяет эволюцию таких галактик.

А ее близкое расположение открывает замечательную возможность детально исследовать свойства первых галактик: проводить их спектральный и кинематический анализ и лучше разобраться в особенностях их взаимодействия с межгалактической средой. Здесь не случайно написано «галактик» во множественном числе, так как подобные объекты наверняка еще будут найдены в наших окрестностях Вселенной.