Изгиб Млечного пути – рябь от удара другой галактики

Искривление диска Млечного Пути может быть вызвано продолжающимся столкновением с небольшой галактикой, которая возмущает его словно камень, брошенный в воду.

С конца 1950-х годов астрономы знают, что диск Млечного пути, где расположено большинство его звёзд, не плоский, а несколько изогнутый, словно поля шляпы франта: вверх с одной стороны и вниз с другой. В течение многих лет они пытались понять, что же вызывает этот перекос. Было предложено несколько различных теорий, среди которых наиболее популярными стали влияние межгалактического магнитного поля и эффекты гало тёмной материи, которая, как ожидается, окружает галактику. Если большое облако этой невидимой материи имеет неправильную форму, его гравитация может изогнуть галактический диск.

Структура нашей галактики, Млечного Пути, с ее искривленным галактическим диском (Источник: Stefan Payne-Wardenaar, ESA; врезка: NASA/JPL-Caltech)

Однако ключ к разгадке этой тайны, возможно, дают данные, недавно полученные спутником Гайя (Gaia) Европейского космического агентства (ESA). Этот спутник осуществляет уникальное исследование более чем миллиарда звёзд нашей галактики. Команда астрономов, использующая информацию из второго выпуска данных Гайя, включающие высокоточные измерения положений и скоростей 1,7 миллиарда звёзд, составили трёхмерную карту Млечного пути. Знание скоростей, с которыми движутся отдельные звёзды, позволило им воспроизводить «фильм» по истории Млечного пути назад и вперёд во времени на протяжении миллионов лет.

Это всё равно, что измерить скорость и направление движения автомобиля в течение очень короткого периода времени, а затем, основываясь на этих значениях, пытаться смоделировать прошлую и будущую траекторию его движения. Если мы проведём такие измерения для многих автомобилей, то сможем смоделировать поток движения. Точно так же, измеряя видимые движения миллионов звёзд по небу, мы можем моделировать крупномасштабные процессы, такие, как движение диска галактики.

Проведённый исследователями анализ показал, что перекос диска Млечного пути со временем меняет свою ориентацию. Это можно сравнить с качанием волчка или юлы, у которой поворачивается ось, меняя своё направление в пространстве. Физики называют это явление прецессией. Причём скорость, с которой поворачивается изгиб, намного больше, чем ожидалось. Один оборот вокруг центра Млечного пути он сделает за 600–700 миллионов лет. Происходит это быстрее, чем показывают расчёты, сделанные на основе влияния межгалактического магнитного поля или гало тёмной материи.

Это говорит о том, что деформация Млечного пути должна быть вызвана чем-то другим, причём очень мощным. Моделирование показывает, что такой причиной может быть продолжающееся и по сей день столкновение с небольшой галактикой. Оно порождает «рябь» на диске Млечного пути словно камень, брошенный в воду.

Исследователи пока ещё не знают, какая конкретно галактика вызвала эту «рябь» или когда началось столкновение. Один из претендентов – Стрелец, карликовая галактика, вращающаяся вокруг Млечного Пути, которая, как полагают, несколько раз в прошлом прорывалась через галактический диск Млечного Пути. Последнее столкновение, вероятно, имело место где-то 300–900 миллионов лет тому назад. Астрономы считают, что Стрелец будет постепенно поглощён Млечным путем. Этот процесс уже идёт.

Карликовая галактика Стрелец (показана красным овалом) – небольшой спутник Млечного Пути, оставляющий за собой поток звезд в результате гравитационного рывка сквозь нашу Галактику. Справа Магеллановы облака. (Изображение: ESA / Gaia / DPAC, CC BY-SA 3.0 I

Ранее Гайя обнаружил свидетельства столкновений между Млечным путем и другими галактиками в недавнем и далеком прошлом, которые все ещё можно наблюдать на картинах движения больших групп звёзд спустя миллиарды лет после произошедших событий.

Отметим, что скорость поворота изгиба ниже, чем скорость, с которой сами звезды вращаются вокруг центра галактики. Например, наше Солнце совершает один оборот вокруг него за 220 миллионов лет. Впрочем, Солнце находится на расстоянии 26 000 световых лет от центра галактики, где амплитуда деформации диска очень мала. Использованные в работе измерения были сделаны для внешних областей галактического диска, расположенных на расстоянии 52 000 световых лет и далее от галактического центра.

Спутник Гайя работает уже шестой год и продолжает сканировать небо, а общеевропейский консорциум занят обработкой и анализом данных, которые продолжают поступать на Землю. Теперь астрономы всего мира с нетерпением ждут следующих двух выпусков данных Гайя, запланированных на конец 2020 года и на вторую половину 2021 года.

Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy