Опубликованы самые подробные изображения большого и малого магеллановых облаков. Магеллановы облака: кто они? Вот это выстрел

Если вы окажетесь в Южном полушарии ясной ночью, вы легко увидите на небе два светящихся облака неподалеку от Млечного Пути. Эти звездные облака — спутниковые галактики Млечного Пути под названием Малое Магелланово облако и Большое Магелланово облако.

Используя новую информацию мощного космического телескопа, астрономы Мичиганского университета (США) обнаружили, что юго-восточная область, или Крыло Малого Магелланова облака, движется прочь от основного тела этой карликовой галактики, обеспечивая первое явное доказательство того, что Малое и Большое Магеллановы облака недавно столкнулись.

Малое Магелланово облако. ESA

Вместе с международной командой ученых профессор астрономии Салли Ои и студент Джонни Дориго Джоунс изучали Малое Магелланово облако на предмет наличия сбежавших звезд или звезд, которые были выброшены скоплениями облака. Чтобы наблюдать за этой галактикой, они использовали последний отчет Gaia, нового орбитального телескопа, запущенного Европейским космическим агентством.

Gaia разработан, чтобы делать снимки звезд снова и снова в течение нескольких лет. Это помогает составить план их движений в реальном времени. Таким образом, ученые могут измерить, как звезды двигаются по небу.

Изучение звезд, находящихся в одной галактике, помогает ученым сразу в двух аспектах. Во-первых, исследователи получают пример «набора» звезд одной родительской галактики. Во-вторых, это дает астрономам возможность единым образом замерить расстояние до всех звезд, что помогает вычислить их индивидуальные скорости.

«Интересно, что Gaia получил данные о собственном движении этих звезд, — говорит Дориго Джоунс. — Если мы наблюдаем, как кто-то ходит в кабине самолета во время полета, движение, которое мы видим, включает движение самолета и намного более медленное движение идущего человека».

«Поэтому мы убрали движение всего Малого Магелланова облака, чтобы рассчитать скорости отдельных звезд. Мы заинтересованы в скорости индивидуальных звезд, так как пытаемся понять физические процессы, которые происходят в облаке».

Ои и Дориго Джоунс изучают сбежавшие звезды, чтобы определить, как они были выброшены из этих кластеров. При сценарии двоичной сверхновой, одна звезда в гравитационно связанной двоичной паре взрывается как сверхновая, выбрасывая другую звезду как рогатка. Этот механизм производит двоичные звезды, которые выделяют рентгеновские лучи.

Другой механизм — когда гравитационно неустойчивое звездное скопление выбрасывает одну или две звезды из группы. Это называется сценарием динамического извержения, которое производят обычные двоичные звезды.

Исследователи нашли значительное число сбежавших звезд среди рентгеновских двоичных систем и обычных двоичных систем, а это значит, что оба механизма важны для выбрасывания звезд из кластера.

Команда также заметила, что все звезды в Крыле движутся в похожем направлении и скорости. Это демонстрирует то, что Большое и Малое Магеллановы облака, вероятно, столкнулись несколько сотен миллионов лет назад.

Соавтор исследования Гуртина Бесла, астроном из Аризонского университета (США), смоделировала столкновение Большого и Малого Магеллановых облаков. Она и ее команда предсказали несколько лет назад, что прямое столкновение, заставит Крыло Малого Магелланова облака двигаться к Большому, а если две галактики просто будут проходить одна рядом с другой, звезды Крыла будут двигаться в перпендикулярном направлении. Данные Gaia показали, что Крыло действительно двигается прочь от Малого Магелланова облака к Большому, что еще раз подтверждает, что прямое столкновение галактик произошло.

Исследователи из НАСА и Университета штата Пенсильвания с помощью аппарата “Swift” выполнили самый детальный обзор, из когда либо проводившихся в ультрафиолетовом спектре, Большого и Малого Магеллановых Облаков. Полученную 160-ти мегапиксельную мозаику Большого Магелланова Облака (БМО) и 57-ми магепиксельное Малое Магелланово Облако (ММО) представили 3 июня 2013 года на 222 съезда Американского Астрономического Общества.

На новых изображениях показан приблизительно один миллион источников в БМО и около 250 тысяч в ММО в пределах от 1600 до 3300 ангстрем (ангстрем – международная единица измерения длины волны, равна одной десятимиллионной миллиметра), что соответствует ультрафиолетовому диапазону длин волн, большая часть которого полностью блокируется атмосферой Земли.

Чтобы получить 160-ти мегапиксельную мозаику БМО потребовалось сделать 2200 снимков этого объекта, а их сложение заняло около пяти с половиной суток. Изображение ММО несколько проще и составлено из 656 частей, время обработки составило около двух суток. Оба полученных изображения имеют угловое разрешение в 2.5 угловых секунды, которое является предельно возможным для этого телескопа.

Говорит Майкл Сигель (Michael Siegel), ведущий исследователь по программе Swift’s Ultraviolet/Optical Telescope (UVOT):

“До сих пор проводилось очень мало наблюдений в ультрафиолетовом свете за этими галактиками, и не было ни одного исследования с таким беспрецендентным разрешением. Таким образом, этот обзор закрывает множество вопросов о текущем состоянии Большого и малого Облаков. С полученными мозаиками мы может наблюдать на одном изображении за тем, как звезды проходят через все стадии своей жизни, что очень трудно понять, изучая нашу Галактику, так как мы находимся внутри нее”.

БМО и ММО находятся от нас на расстоянии в 163 тысячи и 200 тысяч световых лет, соответственно, и вращаются вокруг друг друга, а так же и вокруг Млечного Пути. БМО имеет размеры приблизительно в одну десятую нашей Галактики и содержит всего один процент ее массы. ММО в половину меньше БМО и содержит две трети ее массы.

Изучение галактик в ультрафиолете позволяет астрономам подробно изучать звезды, входящие в них. В ультрафиолетовом диапазоне свет от тусклых звезд подавляется, делая выразительнее структуру горячих скоплений, газовых облаков и областей звездного формирования. На сегодняшней день не существует аналогов ультрафиолетовому телескопу, установленному на аппарате “Swift”, по разрешающей способности и полю зрения.

Общий вид на Большое и Малое Магеллановы Облака. Источник: Axel Mellinger, Central Michigan Univ.



Изображение Большого Магелланова Облака в ультрафиолетовом диапазоне.

Если вам когда-нибудь доведется провести ночь южнее экватора Земли, и южное бархатно-черное небо раскинет перед вами непривычные рисунки созвездий (почему-то всегда хочется верить, что где-то там, за морями, всегда стоит хорошая погода), обратите внимание на два небольших туманных облака на небе. Эти "ненормальные" облака не движутся относительно звезд и как бы "приклеены" к небу.

В Европе таинственные облака были известны еще в средние века, а коренные обитатели экваториальных областей и земель южного полушария знали о них, по-видимому, задолго до этого. В XV веке моряки называли облака Капскими (имя это сродни названию Капской колонии - средневековых британских владений в Южной Африке, располагавшихся на территории нынешней Южно-Африканской Республики).

Южный полюс мира, в отличие от северного, труднее найти на небе, так как рядом с ним нет таких ярких и приметных звезд, как Полярная. Капские Облака находятся неподалеку от южного полюса небесной сферы и образуют с ним почти равносторонний треугольник. Это свойство Облаков сделало их достаточно известными объектами, и поэтому они издавна применялись в навигации. Однако природа их оставалась загадкой для ученых того времени.

Во время кругосветного путешествия Фернана Магеллана в 1518 -1520 годах, его спутник и летописец Антонио Пигафетта описал облака в своих путевых заметках, что сделало факт их существования достоянием широкой европейской общественности. После того, как Магеллан погиб в 1521 году в вооруженном конфликте с местным населением на Филиппинах, Пигафетта предложил назвать облака Магеллановыми - Большим и Малым, соответственно их размерам.

Видимые глазом, размеры Магеллановых Облаков на небе одни из самых больших среди всех астрономических объектов. Большое Магелланово Облако (БМО) имеет протяженность более 5 градусов, т.е. 10 видимых диаметров Луны. Малое Магелланово Облако (ММО) немного поменьше - чуть более 2 градусов. На фотографиях же, где удается зафиксировать и слабые внешние районы, размеры Облаков - 10 и 6 градусов соответственно. Малое Облако расположено в созвездии Тукана, а Большое занимает часть Золотой Рыбы, а также Столовой Горы.

Еще в начале нашего века у ученых не было единого мнения о природе Облаков. В энциклопедии Брокгауза и Ефрона, например, говорится, что Облака - "не суть сплошные пятна, подобные другим; они представляют удивительнейшие скопления многих туманных пятен, звездных куч и отдельных звезд". И только после того, как в 20-х годах XX века астрономы измерили расстояния до некоторых туманностей, и стало ясно, что существуют звездные миры, лежащие далеко за пределами нашей Галактики, Магеллановы Облака заняли свою "нишу" среди небесных объектов.

Сейчас известно, что Магеллановы Облака - самые близкие соседи нашей Галактики во всей Местной Группе галактик. Свет от БМО идет к нам 230 тыс. лет, а от ММО и того меньше - "всего" 170 тыс. лет. Для сравнения, ближайшая гигантская спиральная галактика - Туманность Андромеды, почти в 10 раз дальше, чем БМО. Линейные размеры Облаков сравнительно невелики. Их поперечники составляют 30 и 10 тысяч световых лет (напомним, что наша Галактика имеет более 100 тысяч световых лет в поперечнике).

Облака имеют типичные для неправильных галактик форму и строение: на фоне клочковатой структуры выделяются нерегулярно распределенные области повышенной яркости. И все же порядок в строении этих галактик есть. В БМО, например, наблюдается упорядоченное движение звезд вокруг центра, что делает это Облако похожим на "правильные" спиральные галактики, звезды в галактике концентрируются к плоскости, называемой плоскостью галактики.

По движению вещества Облаков можно узнать, как расположены их галактические плоскости. Оказалось, что БМО лежит почти "плашмя" на небесной сфере (наклон меньше 30 градусов). Это означает, что вся сложная "начинка" Большого Облака - звезды, облака газа, скопления - находятся практически на одном и том же расстоянии от нас, и наблюдаемая разность в блеске различных звезд соответствует действительности и не искажена из-за разного расстояния до них. В нашей Галактике этим свойством обладают только звезды в скоплениях.

Удачная ориентация БМО, его "открытость", а также близость Магеллановых Облаков к нам сделало их настоящей астрономической лабораторией, "объектом номер 1" для физики звезд, звездных скоплений и многих других интересных объектов.

Магеллановы Облака преподнесли несколько сюрпризов астрономам. Одним из них стали звездные скопления. Они были обнаружены в Магеллановых облаках, как и в нашей Галактике. В ММО их найдено около 2000, в БМО - более 6000, из которых около сотни - шаровые скопления. В нашей Галактике находится несколько сотен шаровых скоплений, и все они содержат аномально мало химических элементов тяжелее гелия. В свою очередь, содержание металлов однозначно зависит от возраста объекта - ведь чем дольше живут звезды, тем дольше они обогащают "окружающую среду" химическими элементами тяжелее гелия. Низкое содержание металлов в звездах шаровых скоплений нашей звездной системы говорит о том, что их возраст весьма преклонный - 10-18 млрд. лет. Это самые старые объекты в нашей Галактике.

Сюрприз ожидал астрономов, измеривших "металличность" скоплений в Облаках. В БМО было обнаружено более 20 шаровых скоплений, у которых содержание металлов такое же, как у совсем еще не старых звезд. Это означает, что по меркам астрономических объектов скопления родились не так давно. Таких объектов в нашей Галактике нет! Следовательно, в Магеллановых Облаках образование шаровых скоплений продолжается, тогда как в Галактике этот процесс прекратился много миллиардов лет назад. Вероятнее всего, гигантские приливные силы в нашей звездной системе успевают "растащить" еще не родившиеся шаровые скопления. В небольших же по размеру и массе Магеллановых Облаках, в более "вежливом" окружении, есть все условия для образования шаровых звездных скоплений.

Сами Облака не выделяются в мире галактик из-за своих скромных размеров и светимости. Однако в Большом Магеллановом Облаке есть объект, который является заметной фигурой среди себе подобных. Речь идет об огромном, горячем и ярком облаке газа, которое хорошо видно на фотографиях БМО. Называется оно "Туманность Тарантул", или, более официально, 30 Золотой Рыбы. Название Тарантул было дано туманности из-за ее внешнего вида, в котором человек с богатой фантазией может разглядеть сходство с большим пауком. Протяженность туманности - порядка тысячи световых лет, а общая масса газа в 5 миллионов раз превышает массу Солнца. Светится Тарантул как несколько тысяч звезд вместе взятых. Это происходит потому, что внутри туманности рождаются массивные горячие звезды, излучающие гораздо больше энергии, чем звезды типа нашего Солнца. Они нагревают окружающий их газ и заставляют его светиться. В нашей галактике есть лишь несколько похожих по размерам туманностей, но все они скрыты от нас плотной завесой галактической пыли. Если бы не пыль, они тоже представляли бы собой заметные и яркие небесные объекты.

Внутри туманности Тарантул находится множество очагов рождения звезд, где звезды рождаются "оптом". Молодые массивные звезды, возраст которых не превышает нескольких миллионов лет, показывают нам те области, где еще продолжается образование звезд из сгустков газа.

Внутри Тарантула также неоднократно взрывались сверхновые. Подобные взрывы звезд на конечной стадии их эволюции приводят к тому, что большая часть звезды разбрасывается по пространству со скоростями в несколько тысяч километров в секунду. Взрывы сверхновых сделали структуру туманности запутанной, хаотичной, наполненной пересекающимися газовыми волокнами и оболочками. Туманность Тарантул служит хорошим "полигоном" для проверки теорий рождения и гибели звезд.

Магеллановы Облака сыграли важную роль и в построении межгалактической шкалы расстояний. В Облаках найдено свыше 2000 переменных звезд, большинство из которых - цефеиды. Период изменения блеска цефеид тесно связан с их светимостью, что делает эти звезды одним из надежнейших индикаторов расстояния до галактик. На примере Облаков очень удобно сравнивать различные индикаторы расстояния, по которым строится межгалактическая "лестница" расстояний.

Если бы человеческий глаз был способен воспринимать радиоволны с длиной волны 21 см (на этой длине волны излучает атомарный водород), то он увидел бы удивительную картину на небе. Он разглядел бы плотные облака газа в плоскости нашей Галактики - Млечном Пути, и отдельные облака на различных широтах - близлежащие газовые туманности и облака, "блуждающие" на высоких широтах. Удивительно изменились бы Магеллановы Облака. Вместо двух разделенных объектов "длинноволновый" человек увидел бы одно большое облако с двумя яркими конденсациями там, где мы привыкли видеть Большое и Малое Магеллановы Облака.

Еще в 50-е годы было выяснено, что облака погружены в общую газовую оболочку. Газ оболочки непрерывно циркулирует: охлаждаясь в межгалактическом пространстве, он выпадает на Облака под действием силы гравитации и выталкивается обратно "поршнями" сверхновых, в результате взрыва которых возникает расширяющаяся оболочка горячего газа с избыточным давлением внутри (процесс этот напоминает перемещение воды в кастрюле, подогреваемой снизу газовой горелкой).

Недавно выяснилось также, что Облака связаны общей газовой перемычкой не только друг с другом. Найдено газовое волокно - тонкая полоса газа, начинающаяся на Облаках и идущая через все небо. Оно связывает Магеллановы Облака с нашей Галактикой и несколькими другими галактиками Местной Группы. Его назвали "Магеллановым Потоком". Как же образовался этот поток? Скорее всего, несколько миллиардов лет назад Магеллановы Облака сблизились с нашей Галактикой. Наша гигантская звездная система "вытянула" часть газа из Облаков своим гравитационным притяжейием, словно пылесосом. Газ этот частично обогатил нашу звездную систему. Остаток же его "расплескался" в межгалактическом пространстве, образовав Магелланов Поток.

Близость Магеллановых Облаков к нашей массивной Галактике не проходит для них даром. Возможно, что сближения Облаков и Млечного Пути, вызывающие обмен газом и звездами, происходили в прошлом не один раз. Если ближайшее из облаков - Малое, подойдет к нашей Галактике в 3 раза ближе, чем сейчас, приливные силы его полностью разрушат. В далеком будущем, возможно, произойдут подобные столкновения, и Магеллановы Облака будут полностью поглощены нашим Млечным Путем. Они не скоро "переварятся" в огромном чреве нашей Галактики, и активизируют рождение звезд в местах своего падения, как это в более сильной форме наблюдается при слиянии больших галактик.

Большое Магелланово Облако – это и путеводный объект для мореплавателей, и интереснейшее космическое образование, привлекающее внимание астрономов не одно столетие.

Темное небо Южного полушария расцвечено мириадами светящихся точек, среди них хорошо различимо яркое скопление звезд в форме облака. Это верные спутники родного нам Млечного Пути – Большое и Малое Магеллановы Облака. Много столетий они служат единственным ориентиром для путешественников южных широт. Описание этих скоплений попало в Европу с кораблями первого кругосветного мореплавателя Фернана Магеллана.

Созвездие Золотая рыба, Большое Магелланово облако находится в нижней части схемы

Записывая все значительные события путешествия, делая заметки обо всем увиденном, Пифагетта в 1519 году поведал жителям Северного полушария о невиданных ими облаках. Современным названием они также обязаны благодарному спутнику Магеллана. После трагической гибели первопроходца в бою с туземцами, летописец предложил таким образом увековечить память о великом путешественнике.

Размеры и свойства

После пересечения экватора в направлении юга, можно рассмотреть Большое Магелланово Облако (БМО), которое представляет собой особенный мир, отдельную галактику. По своим размерам она ощутимо уступает Млечному Пути, как и все спутники – центральным объектам. БМО двигается по круговой орбите, испытывая сильное воздействие гравитации нашей Галактики. Величина этого скопления звезд оценивается в 10 тыс. световых лет, а по массе находящихся в нем космических тел и газа оно в 300 раз уступает Млечному Пути. Нашу планету и БМО разделяет расстояние в163 тыс. световых лет, но все же, это наш ближайший сосед среди далеких миров Местной Группы. В начале изучения Магеллановы Облака отнесли к неправильным галактикам, не имеющим четко определенной структуры, но новые факты помогли заметить наличие спиральных ветвей и перемычки. Карликовая галактика была причислена к подкатегории SBm.

Место нахождения и состав

Занимающее значительную часть созвездия Золотой Рыбы, Большое Магелланово Облако включает 30 млрд. звезд. Оно значительно крупнее и ближе к Земле, чем связанное с ним потоком водорода и общей газовой пеленой Малое Облако. В его изучении, начатом персами еще в X веке, ученые смогли продвинуться значительно. Здесь сказалось удачное расположение объекта и то, что все его составляющие находятся на примерно одинаковом расстоянии. Множество уникальных объектов, наполняющих малую галактику: туманности, звезды-сверхгиганты, шаровые скопления, цефеиды, стали источниками неоценимых знаний об эволюции мироздания.

Систематические наблюдения за затмениями звезд и изменением их яркости помогли точно вычислить расстояние до космических тел, их размеры и массу. Изучение Большого Магелланова Облака дало много важных открытий, которые невозможно переоценить. Замечена нехарактерная для солидного возраста нашей Галактики динамика, сопровождающая появление новых звезд. Для Млечного Пути такие процессы закончились несколько миллиардов лет назад. Большое же Облако насчитывает тысячи объектов I типа, содержащих большое количество металла, присущего юным звездам.

Значимые объекты БМО

Снимок туманности Тарантул полученный с использованием фильтров Ha, OIII и SII. Общее время экспозиции 3,5 ч. Автор Alan Tough.

Знаменитая область, где наблюдается энергичное звездообразование, – это туманность «Тарантул», получившая такое имя за сходство с огромным пауком. На снимках БМО это место выделяется особой яркостью. Внутри облака газа, размером в тысячу световых лет, рождаются новые звезды, выбрасывая колоссальную энергию в охватывающее их пространство, и заставляя его светиться.

Катаклизмы, сопровождающие конец жизненного цикла звезд, нередкое явление в туманности. Такой выброс энергии астрономы зафиксировали в 1987 году – это была самая близкая к Земле вспышка из всех отмеченных. Центральная часть «Тарантула» известна находящимся здесь уникальным объектом, названным R131a1. Он представлен массивнейшей из изученных звезд, которая превосходит Солнце по весу в 265 раз, а по световому потоку – в 10 млн. раз.

Одна из уникальных звезд Большого Магелланова Облака стала родоначальницей отдельного класса светил. S Золотой Рыбы – гипергигант, довольно редкий, имеющий огромную массу и светимость, существующий непродолжительный срок. Его имя использовалось для названия класса голубых переменных звезд. Излучаемый им световой поток превосходит солнечный в 500 тыс. раз. Кроме перечисленных голубых гигантов, необходимо выделить звезду БМО WHO G64. Это красный сверхгигант, его температура невысока – 3200 K, радиус равен 1540 радиусов нашего светила, а яркость – выше в 280 тыс. раз.

Наблюдая за миллиардом звезд, наполняющих Большое Магелланово Облако, замечено, что часть из них движется в обратном направлении и отличается своим составом. Это объекты, украденные притяжением галактике у ее соседки, Малого Облака. Расположение БМО в Южном полушарии лишает жителей северных широт возможности его наблюдать. А если бы S Золотой Рыбы заменила собой ближайшую к нам звезду, на Земле не стало бы темного времени суток.