Спіральні галактики здаються простими на перший погляд, але пояснити їхню будову астрономи не можуть уже багато десятиліть. Найбільше питань викликає те, чому в одних систем два рукави, а в інших більше. Тепер відповідь почала прояснюватись. Схоже, вирішальне значення має те, наскільки щільно зібрана речовина в ядрі.
Проблема закручування рукавів
Внутрішні частини галактичного диска здійснюють повний оберт за менший час, ніж зовнішні. Якби рукави складались із постійного набору зір і газу, за кілька сотень мільйонів років вони закручувались би дедалі тугіше, доки спіраль не зникла б.
Оскільки цього не стається, у 1960-х роках сформувалась теорія хвиль щільності. Згідно з нею, рукав є ділянкою скупчення речовини, крізь яку зорі й газ проходять та рухаються далі, а сам візерунок зберігає форму. Модель пояснює багато спостережуваних властивостей, проте не найголовнішу. Досі невідомо, чому спіральний малюнок тримається так довго, хоча фізичні процеси мали б поступово його згасити.
Що показала статистика
Команда під керівництвом Беверлі Сміт із Державного університету Східного Теннессі опрацювала каталог першого швидкого випуску даних космічного телескопа Euclid, запущеного 2023 року.
Форми класифікували за допомогою програми Zoobot, а результати вийшли в рецензованому журналі The Astrophysical Journal. Повний текст доступний у препринті arXiv. До аналізу потрапило понад 380 тисяч галактик, світло від яких ішло до нас від чотирьох до восьми мільярдів років.
Від 60 до 70 відсотків спіралей у вибірці мають два рукави. Ще від 15 до 20 відсотків налічують три, а однорукавні системи трапляються рідко і становлять близько одного відсотка. Приблизно п’яту частину вибірки з підрахунку вилучили, бо кількість рукавів у цих об’єктів визначити не вдалося, як зазначає Universe Today.
Дворукавні галактики загалом демонструють нижчий темп зореутворення. Однак після порівняння систем однакової зоряної маси ця відмінність практично зникає. Це свідчить, що швидкість утворення нових зір визначається передусім масою галактики, а не кількістю її спіральних рукавів.
Роль масивного ядра
Головний висновок стосується внутрішньої частини галактики, щільного скупчення зір під назвою балдж. Системи з важким ядром, і Чумацький Шлях серед них, зазвичай мають два виразні рукави. У галактиках, де ця область легша, спіраль розгалужується на більшу кількість гілок.
Дослідники пояснюють це особливостями обертання галактичного диска. Масивний балдж створює сильніший зсув швидкостей — сусідні ділянки диска обертаються з помітно різними кутовими швидкостями. За таких умов найстійкішою виявляється структура з двох довгоживучих спіральних рукавів, що добре узгоджується з результатами сучасних комп’ютерних моделювань.
Розподіл маси в дисковій системі визначає і форму візерунка, і внесок темної матерії. Тому підрахунок гілок може стати непрямим способом оцінити, скільки її зібрано в осерді галактики. «Кількість спіральних рукавів виявилась не просто цікавою деталлю. Вона відображає те, що відбувається у глибині самої галактики», — сказала Беверлі Сміт у повідомленні Державному університету Східного Теннессі.
Межі вибірки
Опрацьовані дані охоплюють менш ніж пів відсотка неба, передбаченого повною програмою огляду Euclid. Перший швидкий випуск склали зі спостережень приблизно 63 квадратних градусів, а повний огляд розрахований на 14 тисяч. Тож знайдені пропорції ще перевірятимуть на матеріалі в сотні разів більшому.
Самі автори застерігають, що галактик із чистими двома або трьома рукавами у Всесвіті майже не буває. Реальні спіралі утворюють неперервний ряд форм із відгалуженнями й короткими відростками, тому усталена класифікація описує їхню будову лише приблизно.
