Prognozuojamas Paukščių Tako ir Andromedos susijungimas bei tolimesnis galaktikų likimas besiplečiančioje Visatoje
Visos galaktikos per kosminį laiką nuolat kinta: jos auga per susijungimus, pamažu keičiasi vidinių procesų paveiktos, o kartais neišvengiamai artėja prie susidūrimų su kaimyninėmis galaktikomis. Paukščių Takas, kuriame gyvename, taip pat nėra išimtis: jis skrieja Vietinės Galaktikų Grupės (VG) aplinkoje, o stebėjimai rodo, kad jis juda susidūrimo link su didžiausiu savo palydovu – Andromedos galaktika (M31). Šis įspūdingas susijungimas, dar vadinamas „Milkomeda“, iš esmės pakeis mūsų vietinį kosmosą po keleto milijardų metų. Tačiau net ir po šio įvykio, spartus Visatos plėtimasis nulems dar platesnę galaktikų vienišėjimo ir galutinio likimo istoriją. Šiame straipsnyje aptarsime, kodėl ir kaip Paukščių Takas susidurs su Andromeda, galimus jungimosi padarinius abiem galaktikoms ir platesnę ilgalaikę galaktikų ateitį didėjančio plėtimosi Visatoje kontekste.
1. Artėjantis susijungimas: Paukščių Takas ir Andromeda
1.1 Įrodymai apie susidūrimo trajektoriją
Tikslūs Andromedos judėjimo, palyginti su Paukščių Taku, matavimai rodo, kad ji yra mėlynojo poslinkio būsenoje – artėja link mūsų maždaug 110 km/s greičiu. Ankstyvieji radialinio greičio tyrimai rodė galimą būsimą susidūrimą, tačiau skersinis Andromedos greitis ilgai nebuvo aiškus. Duomenys iš Hablo kosminio teleskopo bei vėlesni patikslinimai (įskaitant Gaia stebėjimus) leido nustatyti Andromedos savąjį judėjimą, taip patvirtindami, jog maždaug po 4–5 milijardų metų ji turėtų susidurti su mūsų Paukščių Taku [1,2].
1.2 Vietinės Galaktikų Grupės kontekstas
Andromeda (M31) ir Paukščių Takas yra dvi didžiausios galaktikos Vietinėje Galaktikų Grupėje – nedideliame galaktikų telkinyje, kurio skersmuo yra apie 3 milijonus šviesmečių. Trikampio galaktika (M33), skriejanti netoli Andromedos, taip pat gali būti įtraukta į būsimą susidūrimą. Įvairios nykštukinės galaktikos (pvz., Magelano Debesys, kitos dvinės) išsidėsčiusios VG pakraščiuose taip pat gali patirti potvyninius trikdymus ar tapti susiliejusios sistemos palydovais.
1.3 Laikotarpiai ir susidūrimo dinamika
Simuliacijos rodo, kad pirmasis Andromedos ir Paukščių Tako susidūrimas įvyks po maždaug 4–5 mlrd. metų, galbūt su keliais artimais prasilenkimais prieš galutinę koalescenciją ~6–7 mlrd. metų ateityje. Per šiuos artėjimus:
- Potvyninės jėgos ištęs diskinę struktūrą, gali atsirasti potvyninių uodegų ar žiedinių darinių.
- Žvaigždėdara trumpam suintensyvės regionuose, kur persidengs dujų telkiniai.
- Juodosios skylės „maitinimas“ gali sustiprėti branduolinėse srityse, jei dujos plūs į centrą.
Galiausiai šios galaktikos tikėtina susijungs į masyvią elipsinę arba lęšinę galaktiką, vadinamą „Milkomeda“, kurioje susilies abiejų spiralių žvaigždės [3].
2. Galimas „Milkomedos“ susijungimo rezultatas
2.1 Elipsinė ar masyvi sferoidinė liekana
Pagrindiniai susijungimai, ypač dviejų panašių masių spiralių, paprastai sunaikina disko struktūras ir suformuoja slėgio palaikomą sferoidą, būdingą elipsinėms galaktikoms. „Milkomedos“ galutinė išvaizda veikiausiai priklausys nuo:
- Orbitų geometrijos – jei sąveika centriškai simetriška, gali susidaryti tipiška elipsinė struktūra.
- Likusio dujų kiekio – jei dar išliks neužnaudotų ar neišpūstų dujų, gali susidaryti lęšinė (S0) galaktika su menka disko ar žiedo struktūra.
- Tamsiosios materijos halas – bendras Paukščių Tako ir Andromedos halas sudarys gravitacinę aplinką, lemiančią, kaip žvaigždės persiskirstys.
Modeliai, nagrinėjantys didelį dujų kiekį turinčias spirales, rodo stiprius žvaigždėdaros protrūkius susijungimuose, tačiau po 4–5 mlrd. metų Paukščių Tako dujų rezervai bus kuklesni, tad susijungimo metu žvaigždėdara gali būti mažiau intensyvi nei ankstyvojoje Visatoje [4].
2.2 Centrinė SMJS sąveika
Paukščių Tako juodoji skylė (Sgr A*) ir didesnioji Andromedos skylė ilgainiui, veikiant dinaminei trintiai, gali susilieti. Paskutinėmis susijungimo akimirkomis galėtų išsiskirti stiprūs gravitaciniai spinduliai (nors kosmologiniu mastu ne tokio intensyvumo kaip kitose masyvesnėse ar tolimesnėse sistemose). Susijungusios juodosios skylės liks naujosios elipsinės galaktikos centre, galbūt tam tikrą laiką spinduliuodamos kaip AGN, jei bus pakankamai dujų.
2.3 Saulės sistemos likimas
Susijungimo metu Saulei bus apie tiek pat metų, kiek dabar – Visatai, artėjant link vėlyvojo vandenilio degimo pabaigos. Saulės šviesis išaugs, Žemę padarydamas nebepalankią gyvybei, nepaisant galaktinio susidūrimo. Dinamiškai, Saulės sistema greičiausiai liks orbituoti naujos galaktikos centre (arba toliau halo pakraštyje), bet mažai tikėtina, kad būtų išmesta ar sugerta juodosios skylės [5].
3. Kitos Vietinės Grupės galaktikos ir nykštukinių palydovų raida
3.1 Trikampio galaktika (M33)
M33, trečia pagal dydį VG spiralinė galaktika, skrieja apie Andromedą ir galėtų būti įtraukta į „Milkomedos“ procesą. Priklausomai nuo orbitos, M33 gali susijungti su susiliejusia Andromedos–Paukščių Tako sistema vėliau arba būti suardyta potvyninių jėgų. Ši galaktika turi gana daug dujų, tad jos galutinis susijungimas galėtų sukelti vėlesnį žvaigždėdaros padidėjimą bendroje sistemoje.
3.2 Nykštukinių palydovų sąveikos
VG turi dešimtis nykštukinių galaktikų (pvz., Magelano Debesys, Strėlės nykšt., kt.). Kai kurios jų per artėjančius susijungimus gali būti suardytos ar įsilieti į „Milkomedos“ telkinį. Per milijardus metų daugybė nedidelių susijungimų gali dar labiau išauginti žvaigždžių halą, sutirštindami galutinę sistemą. Taip hierarchinė sąveika tęsiasi ir po pagrindinės spiralių koalescencijos.
4. Tolimesnis Visatos plėtimosi kontekstas
4.1 Spartėjanti plėtra ir galaktinis atsiskyrimas
Po „Milkomedos“ susiformavimo, spartus Visatos plėtimasis, varomas tamsiosios energijos, reiškia, kad galaktikos, nesurištos gravitaciškai, tolsta ir ilgainiui nebeįmanoma su jomis užmegzti priežastinio ryšio. Po dešimčių milijardų metų tik Vietinė Grupė (arba jos liekana) liks gravitaciškai susieta, o visos tolimesnės spiečių struktūros nutols greičiau nei šviesa spėja susiekti. Galiausiai „Milkomeda“ ir jos palydovai taps „salų Visata“, atsiskyrusioje nuo kitų spiečių [6].
4.2 Žvaigždėdaros išsekimas
Tolstant kosminiam laikui, dujų ištekliai menks. Susijungimai ir grįžtamasis ryšys gali įkaitinti ar pašalinti likusias dujas, o naujų įplaukiančių dujų kiekiai, gaunami iš kosminių gijų, vėlyvoje epochoje sumenksta. Po šimtų milijardų metų žvaigždėdara beveik sustos, palikdama daugiausia sensteles raudonas žvaigždes. Galutinė elipsinė galaktika pritems, joje dominuos tik blankios raudonos žvaigždės, baltosios nykštukės, neutroninės žvaigždės bei juodosios skylės.
4.3 Juodųjų skylių ir liekanų dominavimas
Po trilijonų metų, daugelis žvaigždžių, veikiamos gravitacinių sąveikų, gali būti išmestos iš Milkomedos halo. Tuo tarpu SMJS išliks galaktikos branduolyje. Galiausiai juodosios skylės gali būti vieninteliai svarbiausi masės telkiniai šiame nykiame kosminiame fone. Hawkingo spinduliuotė per neįtikėtinai ilgus laikotarpius galėtų išgarinti net ir juodąsias skyles, tačiau tai jau glūdi toli už įprastų astrofizinių epohų [9, 10].
5. Stebėjimų ir teorinės analizės įžvalgos
5.1 Andromedos judėjimo stebėsena
Hablo kosminis teleskopas detaliai matavo Andromedos greičius, patvirtindamas susidūrimo trajektoriją su menka šonine komponentėle. Papildomi duomenys iš Gaia dar labiau patikslina Andromedos bei M33 orbitas, leidžiant geriau nustatyti artėjimo geometriją [7]. Ateities kosminės astrometrinės misijos gali dar tiksliau nustatyti pirmą susidūrimo laiką.
5.2 N-kūnų Vietinės Grupės simuliacijos
Modeliai, sukurti NASA Godardo kosminiame centre ar kitur, rodo, kad apie 4–5 mlrd. metų prasidės pirmasis susidūrimas, po kurio M31 ir Paukščių Takas gali keletą kartų artimai prasilenkti. Galiausiai jie susijungs per kelis šimtus milijonų metų, suformuodami milžinišką panašią į elipsinę galaktiką. Simuliacijos nagrinėja ir M33 dalyvavimą, paliktas potvynines uodegas bei branduolines žvaigždėdaros protrūkius [8].
5.3 Likimas tolimų spiečių už Vietinės Grupės ribų
Dėl kosminės akceleracijos tolimesni spiečiai atsiskiria nuo mūsų – laikui bėgant, jie viršys mūsų regimumo ribas. Aukštų raudonųjų poslinkių supernovų stebėjimai rodo, kad tamsioji energija dominuoja Visatos plėtimąsi, tad didesniu mastu galaktikų tinklas skils į izoliuotas „salas“. Taigi, net jei lokaliame lygmeny galaktikos susijungs, platesnė kosminė struktūra tolsta ir silpsta mūsų akiratyje.
6. Tolimos kosminės ateities
6.1 „Degeneracinė“ Visatos era
Po to, kai žvaigždėdara išsenka, galaktikos (ar susijungusios sistemos) palaipsniui pereina į „degeneracinę erą“, kur pagrindinis populiacijos masės šaltinis yra žvaigždžių liekanos (baltosios nykštukės, neutroninės žvaigždės, juodosios skylės). Kartais atsitiktiniai rudųjų nykštukių ar žvaigždžių likučių susidūrimai gali trumpam atgaivinti žvaigždėdarą, bet vidutiniškai Visata gerokai priblėsta.
6.2 Galutinis juodųjų skylių viešpatavimas
Praėjus šimtams trilijonų metų, gravitacinės sąveikos gali išsvieduoti daugelį žvaigždžių iš galaktikos halo, tuo tarpu didžiausios juodosios skylės išliks centruose. Galiausiai jos gali būti vienintelis svarbiausias masės rezervuaras vienišame kosmose. Hawkingo spinduliuotė per protu nesuvokiamai ilgus laikus netgi gali išgarinti šias juodąsias skyles, nors tai toli peržengia įprastines astrofizines epochas [9, 10].
6.3 Vietinės Grupės paveldas
„Tamsiajame amžiuje“ Milkomeda veikiausiai bus vienintelė masyvi elipsinė struktūra, kurioje glūdės Paukščių Tako, Andromedos, M33 ir nykštukinių galaktikų žvaigždžių liekanos. Jei tolimesnės galaktikos/spiečiai bus už mūsų kosmologinio regėjimo horizonto, lokaliai liks ši susijungusi sala, pamažu grimztanti į kosminę tamsą.
7. Išvados
Paukščių Takas ir Andromeda neišvengiamai artėja link galaktikų susijungimo – reiškinio, sukelsiančio didžiulį pokytį Vietinės Grupės centre. Maždaug po 4–5 mlrd. metų šios dvi spiralinės galaktikos ims sąveikauti potvyninių iškraipymų, žvaigždėdaros protrūkių ir juodųjų skylių „maitinimo“ bangomis, kol galiausiai susilies į vieną masyvią elipsinę – „Milkomedą“. Mažesnės galaktikos, tokios kaip M33, gali būti įtrauktos į tą junginį, o nykštukiniai palydovai bus potvyniškai suardyti ar integruoti.
Dar žvelgiant toliau, Visatos plėtimasis atskirs šį naują darinį nuo likusių struktūrų, užsklęsdama jį vienatvėje, kur žvaigždėdara ilgainiui išsenka. Per dešimtis ar šimtus milijardų metų bus likę tik senstančios žvaigždės, kol galiausiai dominuos tik juodosios skylės bei žvaigždžių liekanos. Tačiau artimiausiems keliems milijardams metų mūsų kosminis kampas išliks gana gyvybingas, o artėjanti Andromedos kolizija taps paskutiniuoju didingu galaktikų surinkimo reginiu Vietinėje Grupėje.
Nuorodos ir platesnis skaitymas
- van der Marel, R. P., et al. (2012). “The M31 Velocity Vector. III. Future Milky Way–M31–M33 Orbital Evolution, Merging, and Fate of the Sun.” The Astrophysical Journal, 753, 9.
- van der Marel, R. P., & Guhathakurta, P. (2008). “M31 Transverse Velocity and Local Group Mass from Satellite Kinematics.” The Astrophysical Journal, 678, 187–199.
- Cox, T. J., & Loeb, A. (2008). “The Collision Between the Milky Way and Andromeda.” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 386, 461–474.
- Hopkins, P. F., et al. (2008). “A unified, merger-driven model of the origin of starbursts, quasars, and spheroids.” The Astrophysical Journal Supplement Series, 175, 356–389.
- Sackmann, I.-J., & Boothroyd, A. I. (2003). “Our Sun. III. Present and Future.” The Astrophysical Journal, 583, 1024–1039.
- Riess, A. G., et al. (1998). “Observational Evidence from Supernovae for an Accelerating Universe and a Cosmological Constant.” The Astronomical Journal, 116, 1009–1038.
- Gaia Collaboration (2018). “Gaia Data Release 2. Observational Hertzsprung–Russell diagrams.” Astronomy & Astrophysics, 616, A1.
- Kallivayalil, N., et al. (2013). “Third-epoch Magellanic Cloud proper motions. III. Kinematic history of the Magellanic Clouds and the fate of the Magellanic Stream.” The Astrophysical Journal, 764, 161.
- Adams, F. C., & Laughlin, G. (1997). “A Dying Universe: The Long Term Fate and Evolution of Astrophysical Objects.” Reviews of Modern Physics, 69, 337–372.
- Hawking, S. W. (1975). “Particle Creation by Black Holes.” Communications in Mathematical Physics, 43, 199–220.