Объект Хога
Перед вами объект Хога — первая из открытых кольцеобразных галактик. Она была обнаружена американским астрономом Артуром Хогом в 1950 году в созвездии Змеи. Почти идеальное кольцо молодых горячих синих звезд окружает более старое желтое ядро галактики. Снимок был сделан в июле 2001 года телескопом «Хаббл».
Из-за схожести с планетарными туманностями объект Хога первоначально приняли за остаток от вспышки сверхновой. Однако после того, как определили красное смещение ядра галактики, стало понятно, что объект удален от нас на огромное расстояние, как минимум на 600 млн световых лет, и значит, не может находиться в нашей галактике, а сам является другой галактикой (наша галактика Млечный путь имеет диаметр 160–200 тысяч световых лет).
Артур Хог предполагал, что скопление звезд в центре и окружающее его кольцо — гравитационно не связанные объекты. Согласно его гипотезе, видимое кольцо — продукт гравитационного линзирования или оптический дифракционный эффект, например диск, или узор, Эйри.
Дифракционные эффекты возникают из-за волновой природы света. При прохождении через отверстие (например, объектив телескопа) световые волны как бы огибают стенки отверстия и искажают изначальное изображение. Узор Эйри сильно зависит от телескопа, а кольцо объекта Хога шире, чем то, которое могло возникнуть из-за дифракции. Кроме того, в этом кольце много крупных несимметричных участков разной яркости, своего рода вкраплений. На снимке видно, что это скопления более ярких голубых звезд. Такие вкрапления нехарактерны для дифракционных эффектов. В итоге предположение о дифракционной природе кольца было быстро отвергнуто.
Гравитационное линзирование — это эффект, при котором свет от более далекого объекта изменяет направление движения под действием гравитации ядра галактики или другого тяжелого объекта. Если источник света, линзирующий объект, и наблюдатель располагаются на одной прямой, источник света будет виден как кольцо вокруг массивного объекта. Измерения красного смещения кольца и центральной области объекта Хога дали одинаковое значение; это означает, что они находятся на одном расстоянии от Земли, что опровергает теорию о гравитационном линзировании. Таким образом, когда были отметены все другие возможности, объект был признан первой открытой кольцеобразной галактикой.
Диаметр ядра галактики составляет около 5,3 килопарсек (около 17 тысяч световых лет), окружающее кольцо имеет внутренний диаметр 24,8 килопарсек (около 80 тысяч световых лет) и внешний диаметр 39 килопарсек (около 127 тысяч световых лет). На фото из-за более яркого излучения и упомянутых эффектов дифракции вокруг ядра возникает ореол, который зрительно создает впечатление, что ядро больше, чем есть на самом деле. Внешний диаметр кольца сравним с диаметром нашей галактики Млечный Путь. Область между кольцом и ядром составляет две трети от общего размера галактики и практически прозрачна. Сквозь нее можно увидеть более далекие галактики. Однако в «пустом» пространстве между ядром и кольцом всё же обнаружены редкие небольшие ассоциации звезд, относящиеся к галактике.
После открытия Хога было обнаружено довольно много галактик такого типа. К кольцеобразным галактикам относят AM 0644-741(Lindsay-Shapley Ring), Колесо Телеги (ESO 350-40), Zw II 28, Vela ring galaxy, PGC 1000714 и другие. Даже на фото объекта Хога сквозь незаполненное пространство между ядром и кольцом можно заметить другую кольцеобразную галактику — SDSS J151713.93+213516.8. Тем не менее эти объекты встречаются гораздо реже спиральных или эллиптических галактик.
Есть несколько теорий происхождения кольцеобразных галактик. Согласно самой распространенной, они формируются в результате прохождения одной небольшой галактики сквозь центр крупной галактики, имеющей плоскую форму. В этом случае маленькая галактика, как пуля в мишень, будет влетать в крупную галактику. Для звезд «галактики-мишени» возникнет дополнительная сила притяжения к звездам «галактики-пули», и эта сила будет расти по мере приближения галактик друг к другу. Звезды под воздействием новой силы начнут дополнительно притягиваться к новому источнику тяготения и развивать дополнительную скорость. При непосредственном контакте галактик сила притяжения увеличивается максимально. В это время звезды плоской галактики продолжают разгоняются под действием гравитации в направлении к центру своей галактики. Когда «галактика-пуля», пройдя сквозь «галактику-мишень», уже удаляется, сила притяжения звезд к центру плоской галактики, наоборот, уменьшается. Звезды уже успели достаточно разогнаться, и за счет инерции начинают улетать от центра к периферии, так как притяжение центра галактики уже недостаточно, чтобы удерживать их на близких орбитах. В центре остаются только те звезды, которые непосредственно смешивались со звездами галактики-ударника, и те, гравитационное притяжение к центру которых компенсировалось гравитационным притяжением звезд с внешней стороны. Их скорость не возрастала, и силы притяжения после удаления небольшой галактики было достаточно для удержания их в центре. Также в результате столкновения газовых облаков двух галактик образуется волна звездообразования, которая распространяется от центра к периферии. Со временем эта волна добирается до края галактики, образуя яркое кольцо. Так объясняется разница в цвете кольца и ядра.
Для галактик II Hz 4, AM 0644-741, Колесо Телеги галактики, с которыми они могли столкнуться, обнаружены, и эта теория подтверждается различными моделями. Только для объекта Хога такой галактики обнаружить не удалось. К тому же в упомянутых галактиках кольцо не абсолютно симметричное, а немного вытянуто. В имеющихся моделях настолько ровное кольцо, как у объекта Хога, получается только в случае очень точного попадания «галактики-пули» прямо в центр «объекта Хога».
Другая теория предполагает постепенное разрушение галактик-спутников наподобие звездных потоков (см. картинку дня Звездный поток в галактике NGC 5907). Примером похожих структур может служить наша галактика, а также Магелланов Поток, NGC 474 и NGC 5907. Правда, в этом случае должны иметься приливные хвосты, но если разрушение галактик-спутников произошло 2 млрд лет назад, то вполне возможно, что эти хвосты уже не так заметны. В этом случае редкие скопления звезд внутри пустого промежутка в объекте Хога можно интерпретировать как остатки тех самых хвостов. Разница в цвете кольца и ядра объясняется их различным происхождением.
Существует и третья теория. Предполагается, что изначально это была спиральная галактика с баром (перемычкой) — вытянутым образованием, соединяющем ядро галактики и ее спиральные рукава. В результате внутренних процессов может возникнуть неустойчивость, и бар разрушится. При этом остается только ядро и две спирали, которые плавно соединятся в кольцо. В качестве примера можно привести спиральную галактику NGC 7742 и линзовидную галактику NGC 2859. Безусловно, эти галактики не являются кольцеобразными, но в них выделяются кольцевые образования. Недостаток этой теории в том, что у спиральных галактик ядро должно иметь более плоскую форму, чем у объекта Хога. Кроме того, эта теория не объясняет существенную разницу в цвете ядра и кольца.
Подтвердить ту или иную теории можно с помощью изучения распределения молекулярного водорода. Водород способен оставлять следы в виде приливных хвостов, которые могут подтвердить слияние галактик, наличие бара в прошлом или событие пролета другой галактики насквозь. Но пока исследования объекта Хога в радиодиапазоне из-за низкого разрешения не могут дать четкого ответа.
В итоге происхождение этой галактики оставляет много вопросов, а изучение ее свойств побуждает ученых к созданию новых теорий и к поиску новых способов исследования. Выводы, которые могут быть получены в процессе изучения объекта Хога, могут изменить представления о динамике и эволюции галактик.
