Спиральные галактики выглядят так, будто их звёзды и газ просто вращаются вокруг центра, образуя гигантский космический водоворот. Но такое объяснение не работает: внутренние области галактического диска движутся быстрее внешних, поэтому рукава должны были бы быстро закрутиться, разрушиться и исчезнуть.

Однако они сохраняются миллиарды лет. Почему у одних галактик при этом два крупных рукава, а у других три, четыре или множество коротких ответвлений, астрономы до сих пор окончательно не понимают. Новые наблюдения космического телескопа Euclid дали важную подсказку: количество рукавов связано с тем, насколько сильно масса галактики сосредоточена возле её центра.

Большинство галактик оказались двухрукавными

Исследование опубликовано в The Astrophysical Journal под названием «Galaxy Spiral Arm Count versus Concentration and Mass: A First Look with Euclid». Его авторы использовали первый массив данных Euclid и автоматическую систему Zoobot, обученную распознавать форму галактик.

Всего Zoobot оценил морфологические особенности 380 111 объектов. После отбора подходящих спиральных галактик исследователи сравнили системы с двумя и тремя выраженными рукавами.

Около 60–70% распознанных спиральных галактик имели два рукава. Ещё примерно 15–20% оказались трёхрукавными. Галактики всего с одним рукавом встречались редко — их доля составила около 1%. Для оставшихся объектов число рукавов нельзя было определить достаточно уверенно.

Это не означает, что все галактики аккуратно делятся на несколько простых типов. Рукава могут раздваиваться, распадаться на фрагменты и соединяться с более мелкими ответвлениями. Поэтому двухрукавная галактика снаружи иногда выглядит как четырёхрукавная.

Так, у Млечного Пути, вероятно, есть два крупных внутренних рукава, которые дальше разветвляются и образуют более сложную структуру.

Два рукава связаны с массивным центром

Главным результатом стала связь между количеством рукавов и концентрацией вещества внутри галактики. При одинаковой звёздной массе двухрукавные галактики в среднем сильнее сконцентрированы к центру, чем трёхрукавные. Иными словами, у них чаще встречается крупный центральный балдж — плотное скопление звёзд, возвышающееся над плоским диском.

Особенно заметной разница становилась у галактик со звёздной массой выше примерно 20 млрд масс Солнца. В этой группе двухрукавные системы демонстрировали значительно более высокую центральную концентрацию.

Такая связь согласуется с моделями галактического вращения. Крупный балдж влияет на распределение скоростей внутри диска и создаёт условия, благоприятные для появления двух крупных симметричных рукавов. У галактик с менее массивным центром чаще возникает более сложная многорукавная структура.

Старую закономерность увидели в далёком прошлом

Сама идея, что крупные центральные области связаны с двумя рукавами, не нова. Подобную закономерность астрономы уже обнаруживали среди сравнительно близких галактик.

Новизна работы заключается в возможностях Euclid. Телескоп позволил проследить ту же связь у систем с красным смещением от 0,4 до 1. Свет от некоторых из них летел к Земле несколько миллиардов лет.

Получается, зависимость между центральной концентрацией и числом рукавов существовала не только в современной Вселенной, но и в значительно более ранние эпохи. Правда, исследователи предупреждают, что далёкие галактики сложнее классифицировать. Из-за ограниченного разрешения и наблюдения в другом диапазоне длин волн их центральные области и рукава могут выглядеть иначе. Поэтому часть замеченных изменений с расстоянием может быть связана не с эволюцией галактик, а с особенностями наблюдения.

Трёхрукавные галактики образуют больше звёзд — но есть нюанс

Исследователи также обнаружили, что трёхрукавные галактики в среднем имеют более высокую скорость звездообразования. На первый взгляд можно предположить, что дополнительный рукав каким-то образом ускоряет рождение звёзд. Однако причина оказалась проще: трёхрукавные галактики в выборке в среднем были массивнее.

Когда учёные сравнили галактики с одинаковой звёздной массой, заметной разницы в скорости звездообразования между двух- и трёхрукавными системами почти не осталось. Следовательно, количество рукавов само по себе, вероятно, не определяет, насколько активно галактика производит новые звёзды.

Рукава могут рассказать о невидимой массе

Число рукавов может оказаться не просто внешней особенностью галактики. Оно отражает движение диска и распределение массы внутри него. На форму кривой вращения влияет не только центральное скопление звёзд, но и тёмная материя. Поэтому автор исследования Беверли Смит предположила, что спиральная структура может стать дополнительным инструментом для изучения невидимого вещества в центрах галактик.

Однако речь пока не идёт о готовом способе измерять тёмную материю по фотографии. Исследование обнаружило статистическую связь между рукавами и концентрацией вещества, но не показало, какая доля этой массы приходится именно на тёмную материю. Для этого потребуются измерения скоростей вращения, подробное разделение галактик на диски и балджи и более точное моделирование их внутренней структуры.

Тайна спиральных рукавов остаётся

Новая работа не отвечает окончательно на вопрос, как формируются спиральные рукава и почему некоторые из них сохраняются так долго. Для разных галактик могут действовать разные механизмы. Рукава способны возникать из-за волн плотности, гравитационной неустойчивости диска, галактических перемычек или взаимодействия с соседними галактиками.

Двухрукавные системы с массивными и устойчивыми дисками могут поддерживать сравнительно долговечный рисунок. Трёхрукавные и фрагментированные структуры, вероятно, чаще возникают как временные образования, исчезающие и возникающие заново.

Euclid пока не разгадал происхождение галактических спиралей. Но показал, что количество рукавов связано с тем, что происходит глубоко внутри галактики — там, где внешний рисунок встречается с распределением её видимой и невидимой массы.

Читайте также:

Xiaomi обучила роботов бытовым задачам на 100 тысячах часов человеческих движений

Bristol Myers купила новейший ИИ-суперкомпьютер Nvidia для разработки лекарств

Евросоюз оштрафовал AliExpress на 550 млн евро за контрафакт и опасные товары

Геоглифы Амазонии оказались солнечным календарём: новое исследование

Евросоюз обязал Google открыть Android для чужих ИИ-ассистентов

Сотни домашних видеокарт объединили в сеть и обучили языковую модель на 8,6 млрд параметров

Взлом Suno раскрыл, откуда ИИ-генератор мог брать миллионы песен

Как Чернобыль, 11 сентября и COVID-19 перекроили мировую науку

ИИ устроил Samsung денежный взрыв: прибыль может вырасти в 18 раз

Новая китайская ИИ GLM-5.2 догоняет OpenAI и Anthropic

«Фильм Вселенной»: Rubin начал 10-летнюю съёмку неба, которая изменит астрономию

Можно ли жениться на ИИ: юрист предупреждает о корпорации внутри брака

Биологические часы зависят не от одного сбитого дня, а от привычного режима

 Добавьте «Aramil.life» в свои источники Google ☑