© Д.З. Вибе

Молекулярные оболочки
вокруг галактики Центавр А

Д.З.Вибе,

кандидат физико-математических наук
Институт астрономии РАН, Москва

Несмотря на разнообразие форм и размеров, галактики в целом подразделяются на три больших класса. Одни имеют форму диска, в котором выделяются спиральные ветви, состоящие из молодых звезд. Другие, эллипсоидальной формы, населены в основном старыми звездами. Галактики неопределенной формы относят к неправильным, но генетически они, по-видимому, связаны со спиральными. Одно из главных отличий эллиптической галактики от спиральной - отсутствие выраженного газового диска, в котором могут формироваться молодые звезды. Большинство эллиптических галактик, как полагают сейчас, образуется в результате слияния двух или нескольких спиральных галактик, однако в ходе этого процесса основная масса газа из спиралей либо быстро превращается в звезды, либо рассеивается в окружающем пространстве.

На слиянии двух спиральных галактик процесс объединения звездных систем не заканчивается. Большинство галактик входит в группы. Массивные эллиптические системы в этих группах поглощают одну или несколько меньших галактик. В течение некоторого времени после слияния следы его можно наблюдать в виде слабой ряби на однородном яркостном фоне всей поверхности эллиптической галактики. На снимках с длительными экспозициями рябь проявляется в виде слабых колец вокруг галактики, но в действительности это проекции трехмерных структур, оболочек. В начале 1980-х годов в результате фотометрических и спектроскопических исследований было установлено, что оболочки состоят из звезд, причем само присутствие оболочек стало рассматриваться как обычное явление, поскольку выяснилось, что ими окружено около половины близких крупных эллиптических галактик.

Совсем недавно, в 1994 г., в некоторых оболочках был обнаружен атомарный водород, что оказалось несколько неожиданным. Современные теории предсказывают, что при слиянии галактик газ и звезды ведут себя по-разному. Для звезд процесс слияния галактик происходит без столкновений, поэтому они почти не теряют кинетическую энергию и вполне могут оказаться на далеких от центра новообразованной галактики орбитах, например в оболочках. Облака же межзвездного газа в сливающихся галактиках имеют огромные поперечники, и поэтому с высокой вероятностью сталкиваются. В этих случаях кинетическая энергия облаков переходит в тепловую и быстро высвечивается. Потерявшие скорость облака оседают к центру галактики; здесь, из-за возросшей плотности газа, звездообразование ускоряется, и довольно быстро весь газ переходит в звезды. На дальних подступах к галактике газу взяться неоткуда. Как же он попал во внешние оболочки некоторых эллиптических галактик?

Группа астрономов из США, Франции и Нидерландов предприняла попытку объяснить это серьезное разногласие между теорией и наблюдениями (Charmandaris V., Combes F., Hulst J.M. van der // Astronomy and Astrophysics. 2000. V.356. P.L1-L4 (европ. журн.)). Они предположили, что газ собран не в гигантские разреженные атомарные облака, а в небольшие плотные (более 1000 молекул на см³) молекулярные сгустки. Благодаря относительной компактности и высокой плотности молекулярные облака в момент слияния галактик могут вести себя подобно звездам.

Действительно, численное моделирование показало, что динамика таких плотных облаков имеет характер, промежуточный между поведением звезд и диффузных облаков атомарного водорода. Хотя бОльшая часть газа в конце концов попадает в центр объединенной галактики, заметное его количество может уцелеть и на далеких расстояниях от ядра, в том числе в наблюдаемых водородных оболочках.

Чтобы проверить эту гипотезу, астрономы решили исследовать оболочки вокруг некоторых близких эллиптических галактик на присутствие в них газов, типичных для молекулярных облаков. Наблюдения проводились на 15-метровом радиотелескопе SEST (Swedish ESO Submillimetre Telescope) Европейской южной обсерватории (Чили). Этот телескоп, работающий в субмиллиметровом диапазоне, - единственный подобный инструмент в Южном полушарии Земли. Он способен регистрировать эмиссионные линии газов, входящих в состав молекулярных облаков, например линию оксида углерода (CO) на длине волны 3 мм.

Поиск оказался успешным. Особенно ученым повезло с близкой гигантской эллиптической галактикой Центавр А (см. ниже).

В двух ее оболочках (см. ниже), которые находятся на расстоянии около 50 тыс. световых лет от ядра галактики, действительно обнаружены молекулы CO.

Оптическое изображение галактики Центавр А с наложенными на него контурами оболочек. Желтым цветом показаны звездные оболочки, они видны только на очень глубоких (хорошо проработанных) снимках; белым показан атомарный водород, голубым - радиоизлучающий выброс из активного ядра галактики, красным - молекулярные оболочки; S1, S2 и S3 - области излучения молекулы CO. Размер кадра 32ўґ32ў (ESO PR Photo 09a/00. 14 March 2000).

Это открытие подтверждает предложенную гипотезу и объясняет, почему газ после слияния оказался так далеко от центра эллиптической галактики. Вероятно, определенная часть газа в поглощенной галактике присутствовала в виде плотных компактных молекулярных облаков, которые во время слияния вели себя подобно звездам и оказались в конце концов в газовых оболочках. Сравнение современных данных, полученных с помощью телескопа SEST, с наблюдениями молекул CO вблизи центра галактики Центавр А, выполненными ранее, показывает, что во внешних областях галактики находится около 10% ее молекулярного газа.

Какова дальнейшая судьба газовых оболочек вокруг Центавра А? Они почти наверняка гравитационно связаны с галактикой и никогда ее не покинут. С другой стороны, клочковатые молекулярные облака во внешних оболочках могут существовать довольно долго, но с течением времени они полностью рассеются.

Обнаружение оксида углерода в оболочках вокруг Центавра А открывает интересные перспективы будущего исследования эволюции галактик. Однако подобные наблюдения очень сложны. Прежде всего, молекулярного газа в большинстве галактических оболочек относительно немного, и потому для получения достаточно точных результатов с высоким отношением сигнал-шум потребуются многочасовые наблюдения на больших радиотелескопах с высокочувствительными приемниками. В случае с галактикой Центавр А для надежного отождествления молекул CO понадобилась 20-часовая экспозиция.

Кроме того, угловое разрешение однозеркального 15-метрового радиотелескопа SEST на длине волны 3 мм не лучше 44ўў. Поэтому в далеких галактиках с его помощью фактически невозможно получить изображения отдельных оболочек. С другой стороны, в близких галактиках, например в Центавре А, оболочки занимают сравнительно большие участки неба, и потому для их изучения требуется крупномасштабная карта, составление которой занимает много наблюдательного времени.

Астрономы США и Европы приняли решение о создании в Чили многозеркального радиотелескопа ALMA (Atacama Large Millimetre Array). Общая его площадь составит около 7 тыс. м² (что в 40 раз больше, чем у телескопа SEST); 64 его антенны будут работать в режиме интерферометрии, благодаря чему удастся достичь углового разрешения менее 1ўў. Это позволит получать изображения галактик, находящихся на огромных расстояниях, с гораздо большими чувствительностью и четкостью. Следующим шагом в этих наблюдениях станет проверка наличия оксида углерода в оболочках других эллиптических галактик и поиск в них иных молекул.