Prognozējamā Piena Ceļa un Andromedas saplūšana un turpmākais galaktiku liktenis paplašojošajā Visumā
Visas galaktikas laika gaitā pastāvīgi mainās: tās aug, saplūst, pakāpeniski mainās iekšējo procesu ietekmē, un dažkārt neizbēgami tuvojas sadursmēm ar kaimiņu galaktikām. Piena Ceļš, kurā dzīvojam, nav izņēmums: tas riņķo Vietējā Galaktiku Grupā (VG), un novērojumi liecina, ka tas virzās sadursmē ar savu lielāko pavadoni – Andromedas galaktiku (M31). Šī iespaidīgā saplūšana, ko sauc arī par „Milkomedu“, būtiski mainīs mūsu vietējo kosmosu pēc dažiem miljardiem gadu. Tomēr pat pēc šī notikuma Visuma straujā paplašināšanās noteiks vēl plašāku galaktiku izolācijas un galīgās likteņa vēsturi. Šajā rakstā apskatīsim, kāpēc un kā Piena Ceļš sadursies ar Andromedu, iespējamos saplūšanas rezultātus abām galaktikām un plašāku ilgtermiņa galaktiku nākotni pieaugošā Visuma paplašināšanās kontekstā.
1. Tuvojošā saplūšana: Piena Ceļš un Andromeda
1.1 Pierādījumi par sadursmes trajektoriju
Precīzi Andromedas kustības mērījumi, salīdzinot ar Piena Ceļu, rāda, ka tā ir zila nobīde stāvoklī – tuvojas mums ar aptuveni 110 km/s ātrumu. Agrīnie radiālā ātruma pētījumi norādīja uz iespējamu nākotnes sadursmi, taču Andromedas šķērsvirziena ātrums ilgi nebija skaidrs. Dati no Habla kosmiskā teleskopa un vēlākie precizējumi (ieskaitot Gaia novērojumus) ļāva noteikt Andromedas paša kustību, tādējādi apstiprinot, ka aptuveni pēc 4–5 miljardiem gadu tā varētu sadurties ar mūsu Piena Ceļu [1,2].
1.2 Vietējās Galaktiku Grupas konteksts
Andromeda (M31) un Piena Ceļš ir divas lielākās galaktikas Vietējā Galaktiku Grupā – nelielā galaktiku kopā, kura diametrs ir aptuveni 3 miljoni gaismas gadu. Trijstūra galaktika (M33), kas riņķo netālu no Andromedas, arī var tikt iekļauta nākotnes sadursmē. Dažādas pundurgalaktikas (piemēram, Magelāna Mākoņi, citas dubultās) izvietotas VG perifērijās, un tās arī var piedzīvot paisuma traucējumus vai kļūt par saplūdušās sistēmas pavadoņiem.
1.3 Laika periodi un sadursmes dinamika
Simulācijas rāda, ka pirmais Andromedas un Piena Ceļa sadursme notiks pēc aptuveni 4–5 mlrd. gadiem, iespējams, ar vairākiem tuvām šķērsošanām pirms galīgās koalescences ap ~6–7 mlrd. gadu nākotnē. Šo tuvošanos laikā:
- Plūdmaiņu spēki izstieps diska struktūru, var veidoties plūdmaiņu astes vai gredzenveida veidojumi.
- Zvaigžņu veidošanās īslaicīgi pastiprinās reģionos, kur pārklājas gāzu krājumi.
- Melnā cauruma "barošana" var pastiprināties kodola reģionos, ja gāzes plūst uz centru.
Galu galā šī galaktika, visticamāk, saplūdīs masīvā eliptiskā vai lēcveida galaktikā, ko sauc par „Milkomedu“, kurā saplūdīs abu spirāļu zvaigznes [3].
2. Iespējamais „Milkomedas" saplūšanas rezultāts
2.1 Eliptiska vai masīva sfēroīda atliekas
Galvenās saplūšanas, īpaši divu līdzīgu masu spirāļu, parasti iznīcina diska struktūras un veido spiediena atbalstītu sfēroīdu, kas raksturīgs eliptiskajām galaktikām. „Milkomedas" galīgais izskats, visticamāk, būs atkarīgs no:
- Orbītu ģeometrija – ja mijiedarbība ir centrāli simetriska, var veidoties tipiska eliptiska struktūra.
- Atlikušo gāzu daudzums – ja vēl būs neizmantotas vai neizplūdušas gāzes, var veidoties lēcveida (S0) galaktika ar vāju diska vai gredzena struktūru.
- Tumšās matērijas halos – kopējais Piena Ceļa un Andromedas halos veidos gravitācijas vidi, kas nosaka, kā zvaigznes pārdalīsies.
Modeļi, kas pēta spirāles ar lielu gāzu daudzumu, rāda spēcīgus zvaigžņu veidošanās uzliesmojumus saplūšanās, bet pēc 4–5 mlrd. gadu Piena Ceļa gāzu rezerves būs mazākas, tāpēc saplūšanas laikā zvaigžņu veidošanās var būt mazāk intensīva nekā agrīnajā Visumā [4].
2.2 Centrālā SMJS mijiedarbība
Piena Ceļa melnais caurums (Sgr A*) un lielākais Andromedas caurums galu galā, ietekmējot dinamisko berzi, var saplūst. Pēdējās saplūšanas brīžos varētu izstarot spēcīgas gravitācijas viļņi (lai gan kosmoloģiskā mērogā ne tik intensīvi kā citās masīvākās vai tālākās sistēmās). Saplūdušie melnie caurumi paliks jaunās eliptiskās galaktikas centrā, iespējams, kādu laiku starojot kā AGN, ja būs pietiekami daudz gāzu.
2.3 Saules sistēmas liktenis
Susijunguma Saulei būs apmēram tikpat gadu, cik tagad – Visumam, tuvojamies vēlā ūdeņraža dedzināšanas beigām. Saules spožums pieaugs, padarot Zemi nelabvēlīgu dzīvībai, neskatoties uz galaktikas sadursmi. Dinamiski, Saules sistēma, visticamāk, turpinās orbītēt jaunās galaktikas centrā (vai tālāk halo malā), bet maz ticams, ka tiks izmesta vai absorbēta melnās cauruma [5].
3. Citu Vietējās Grupas galaktiku un pundurpavadoņu attīstība
3.1 Trijstūra galaktika (M33)
M33, trešā lielākā VG spirālveida galaktika, riņķo ap Andromedu un var tikt iekļauta „Milkomedas“ procesā. Atkarībā no orbītas M33 var apvienoties ar saplūstošo Andromedas–Piena Ceļa sistēmu vēlāk vai tikt iznīcināta potvīņu spēku ietekmē. Šai galaktikai ir diezgan daudz gāzu, tāpēc tās galīgā apvienošanās varētu izraisīt vēlāk pieaugošu zvaigžņu veidošanos kopējā sistēmā.
3.2 Pundurpavadoņu mijiedarbības
VG ir desmitiem pundurgalaktiku (piemēram, Magelāna Mākoņi, Bultas punduris u.c.). Dažas no tām tuvāko apvienošanās laikā var tikt iznīcinātas vai iekļautas „Milkomedas“ sistēmā. Gadu miljardu laikā daudzas nelielas apvienošanās var vēl vairāk palielināt zvaigžņu halu, sabiezinot galīgo sistēmu. Tā hierarhiskā mijiedarbība turpinās arī pēc galvenās spirāļu koalescences.
4. Turpmākais Visuma paplašināšanās konteksts
4.1 Paātrināta paplašināšanās un galaktiskā atdalīšanās
Pēc „Milkomedas“ veidošanās ātra Visuma paplašināšanās, ko virza tumšā enerģija, nozīmē, ka galaktikas, kas nav gravitacionāli saistītas, attālinās un galu galā ar tām vairs nav iespējams izveidot cēloņsakarības saikni. Pēc desmitiem miljardu gadu tikai Vietējā Grupa (vai tās paliekas) paliks gravitacionāli saistīta, bet visas tālākās kopu struktūras attālināsies ātrāk nekā gaisma spēj sasniegt. Galu galā „Milkomeda“ un tās pavadoņi kļūs par „salām Visumā“, atdalīti no citām kopām [6].
4.2 Zvaigžņu veidošanās izsīkums
Ar kosmiskā laika attālināšanos gāzu resursi samazināsies. Apvienošanās un atgriezeniskā saite var uzkarsēt vai izkliedēt atlikušās gāzes, un jaunu ieplūstošu gāzu daudzums no kosmiskajām šķiedrām vēlā epohā samazināsies. Pēc simtiem miljardu gadu zvaigžņu veidošanās gandrīz apstāsies, atstājot galvenokārt novecojošas sarkanas zvaigznes. Gala eliptiskā galaktika kļūs tumšāka, tajā dominēs tikai vājās sarkanās zvaigznes, baltie punduri, neitronu zvaigznes un melnās caurumas.
4.3 Melno caurumu un palieku dominēšana
Pēc triljoniem gadu daudzas zvaigznes, ietekmētas gravitācijas mijiedarbības, var tikt izmestas no Milkomedas haloes. Tikmēr SMJS saglabāsies galaktikas kodolā. Galu galā melnās caurumas var būt vienīgie nozīmīgie masas koncentrāti šajā drūmajā kosmiskajā fonā. Hokinga starojums neticami ilgos periodos varētu iztvaicēt pat melnās caurumas, taču tas jau atrodas tālu aiz ierastajām astrofizikas epohām [9, 10].
5. Novērojumu un teorētiskās analīzes atziņas
5.1 Andromedas kustības novērošana
Hablo kosmiskais teleskops detalizēti mērīja Andromedas ātrumus, apstiprinot sadursmes trajektoriju ar nelielu sānu komponenti. Papildu dati no Gaia vēl precizē Andromedas un M33 orbītas, ļaujot labāk noteikt tuvošanās ģeometriju [7]. Nākotnes kosmiskās astrometriskās misijas varēs vēl precīzāk noteikt pirmo sadursmes laiku.
5.2 N-korpusu Vietējās Grupas simulācijas
Modeļi, izstrādāti NASA Godarda kosmiskajā centrā vai citur, rāda, ka aptuveni 4–5 miljardu gadu laikā sāksies pirmais sadursme, pēc kuras M31 un Piena Ceļš var vairākas reizes cieši šķērsot viens otru. Galu galā tie apvienosies dažu simtu miljonu gadu laikā, veidojot milzīgu eliptiskai līdzīgu galaktiku. Simulācijas pēta arī M33 iesaisti, atstātas paisuma astes un kodola zvaigžņu veidošanās uzliesmojumus [8].
5.3 Tālu spieķu liktenis ārpus Vietējās Grupas robežām
Kosmiskās paātrināšanās dēļ tālākie spieķi attālinās no mums – laika gaitā tie pārsniegs mūsu redzamības robežas. Augstu sarkano nobīžu supernovu novērojumi liecina, ka tumšā enerģija dominē Visuma paplašināšanos, tādēļ plašākā mērogā galaktiku tīkls sadalīsies izolētās "salās". Tātad, pat ja lokālā līmenī galaktikas apvienosies, plašāka kosmiskā struktūra attālināsies un vājināsies mūsu redzeslokā.
6. Tāla kosmiskā nākotne
6.1 "Deģeneratīvais" Visuma laikmets
Pēc zvaigžņu veidošanās izsīkšanas galaktikas (vai apvienotās sistēmas) pakāpeniski pāriet uz "deģeneratīvo laikmetu", kur galvenais masas avots ir zvaigžņu atliekas (balto pundurīšu, neitronzvaigžņu, melno caurumu). Dažkārt nejauši brūno pundurīšu vai zvaigžņu atliekas sadursmes var īslaicīgi atjaunot zvaigžņu veidošanos, bet vidēji Visums ir ievērojami nomākts.
6.2 Melno caurumu galīgā pārvalde
Pēc simtiem triljonu gadu gravitācijas mijiedarbības var izsviest daudzas zvaigznes no galaktikas haloes, kamēr lielākās melnās caurums saglabāsies centros. Galu galā tās var būt vienīgais svarīgākais masas krājums vientuļā kosmosā. Hokinga starojums ārkārtīgi ilgu laiku pat var iztvaicēt šīs melnās caurums, lai gan tas pārsniedz parastās astrofizikas ēras [9, 10].
6.3 Vietējās Grupas mantojums
"Tumšajā laikmetā" Milkomeda, visticamāk, būs vienīgā masīvā eliptiskā struktūra, kurā glabāsies Piena Ceļa, Andromedas, M33 un pundurgalaktiku zvaigžņu atliekas. Ja tālākas galaktikas/spieķi atradīsies aiz mūsu kosmoloģiskā redzamības horizonta, lokāli paliks šī apvienotā sala, kas pakāpeniski grimst kosmiskajā tumsā.
7. Secinājumi
Piena Ceļš un Andromeda neizbēgami tuvojas galaktiku apvienošanās notikumam – parādībai, kas radīs milzīgas pārmaiņas Vietējās Grupas centrā. Aptuveni pēc 4–5 miljardiem gadu šīs divas spirālveida galaktikas sāks mijiedarboties ar paisuma izkropļojumiem, zvaigžņu veidošanās uzliesmojumiem un melno caurumu "barošanas" viļņiem, līdz galu galā saplūdīs vienā masīvā eliptiskā – "Milkomedā". Mazākas galaktikas, piemēram, M33, var tikt iekļautas šajā apvienībā, bet pundurpavadoni tiks paisuma spēkos iznīcināti vai integrēti.
Turpinot tālāk, Visuma izplešanās atdalīs šo jauno veidojumu no pārējām struktūrām, ieslēdzot to vientulībā, kur zvaigžņu veidošanās galu galā izsīks. Desmitiem vai simtiem miljardu gadu paliks tikai novecojošas zvaigznes, līdz galu galā dominēs tikai melnās caurumas un zvaigžņu atliekas. Tomēr tuvākajiem dažiem miljardiem gadu mūsu kosmiskais stūris paliks diezgan dzīvīgs, un tuvojošā Andromedas sadursme kļūs par pēdējo lielisko galaktiku saplūšanas notikumu Vietējā Grupā.
Saites un plašāka lasāmviela
- van der Marel, R. P., et al. (2012). “M31 ātruma vektors. III. Nākotnes Piena ceļa–M31–M33 orbītāla evolūcija, apvienošanās un Saules liktenis.” The Astrophysical Journal, 753, 9.
- van der Marel, R. P., & Guhathakurta, P. (2008). “M31 šķērsvirziena ātrums un Vietējās grupas masa pēc pavadoņu kinētikas.” The Astrophysical Journal, 678, 187–199.
- Cox, T. J., & Loeb, A. (2008). “Sadursme starp Piena ceļu un Andromedu.” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 386, 461–474.
- Hopkins, P. F., et al. (2008). “Vienots, apvienošanās virzīts modelis zvaigžņu sprādzienu, kvazāru un sfēroīdu izcelsmei.” The Astrophysical Journal Supplement Series, 175, 356–389.
- Sackmann, I.-J., & Boothroyd, A. I. (2003). “Mūsu Saule. III. Tagadne un nākotne.” The Astrophysical Journal, 583, 1024–1039.
- Riess, A. G., et al. (1998). “Novērojumu pierādījumi no supernovām par Visuma paātrinātu izplešanos un kosmoloģisko konstanti.” The Astronomical Journal, 116, 1009–1038.
- Gaia Collaboration (2018). “Gaia Data Release 2. Novērojumu Hertsprunga–Rasela diagrammas.” Astronomy & Astrophysics, 616, A1.
- Kallivayalil, N., et al. (2013). “Trešās ēras Magelāna mākoņu pareizās kustības. III. Magelāna mākoņu kinētiskā vēsture un Magelāna straumes liktenis.” The Astrophysical Journal, 764, 161.
- Adams, F. C., & Laughlin, G. (1997). “Mirstošā Visuma: ilgtermiņa liktenis un astrofizisko objektu evolūcija.” Reviews of Modern Physics, 69, 337–372.
- Hawking, S. W. (1975). “Daļiņu radīšana melnajās caurumos.” Communications in Mathematical Physics, 43, 199–220.