Млечный Путь встречает Андромеду

Как наша галактика и её гигантская соседка могут слиться в одну за миллиарды лет

Шаг за шагом

Две гигантские соседки

Андромеда — самый далёкий объект, который большинство людей может увидеть невооружённым глазом: тёмной ночью это слабое пятнышко в созвездии Андромеды. Свет, который мы видим, покинул её около 2,5 миллиона лет назад. Она занимает на небе шесть поперечников полной Луны, хотя глаз видит лишь её яркий центр.

Обе — спиральные галактики: плоские диски из звёзд и газа, вращающиеся вокруг яркого балджа и окутанные гораздо большим гало тёмной материи. Вместе с тёмной материей каждая весит около триллиона Солнц. Здесь отмечено Солнце — примерно в 26 000 световых лет от центра нашей галактики.

Измерено с Земли

Свет Андромеды смещён в синюю сторону: она приближается к нам со скоростью 301 км/с. Большая часть этого — собственное движение Солнца вокруг нашей галактики; к центру нашей галактики Андромеда приближается примерно на 115 км/с.

Скорость вдоль луча зрения легко измерить по смещению света галактики. Скорость поперёк неба — нет: на расстоянии Андромеды даже 100 км/с вбок сдвигают её меньше чем на миллионную долю градуса за столетие. «Хаббл», а затем космический телескоп Gaia измерили этот дрейф, годами следя за её звёздами на фоне гораздо более далёких галактик.

Эта поперечная скорость решает всё. Будь она нулевой, две галактики упали бы прямо друг на друга. Она мала, но не равна нулю и ещё точно не известна, поэтому никто не может наверняка сказать, насколько близко они пройдут. Так Андромеда выглядит для нас — её диск сильно наклонён к нам.

Орёл или решка

Вот десятки вариантов будущего, которые допускают измерения, — в каждом путь Андромеды на ближайшие 10 миллиардов лет. Примерно в половине две галактики сливаются, в остальных проходят на расстоянии и больше никогда не встречаются.

В 2025 году астрономы проследили ближайшие 10 миллиардов лет Местной группы в тысячах симуляций, каждая из которых начиналась с разных значений в пределах погрешностей измерений: масс, расстояний и движений галактик. Млечный Путь и Андромеда слились за это время лишь примерно в половине из них, чаще всего примерно через 7,6 миллиарда лет.

Важны и два крупнейших спутника. Галактика Треугольника, падая на Андромеду, делает слияние вероятнее, а Большое Магелланово Облако, чья орбита пересекает их орбиту под прямым углом, — менее вероятным. История следует одному из вариантов будущего, в котором они сливаются. Более точные измерения, прежде всего поперечного движения Андромеды, покажут, какой из них верен.

Падает маленькая галактика

Большое Магелланово Облако находится в 160 000 световых лет и хорошо видно невооружённым глазом из Южного полушария. Вместе с тёмной материей его масса больше десятой части массы Млечного Пути. Двигаясь сквозь гало нашей галактики, оно собирает позади себя шлейф тёмной материи, который тянет его назад: это динамическое трение — тот же тормоз, что приведёт к нам Андромеду.

При падении приливные силы разрывают его, и его звёзды в итоге рассеиваются по Млечному Пути, как уже рассеяны звёзды многих меньших галактик, поглощённых раньше. Как оно разрывается, здесь нарисовано: подробно это могут показать только симуляции, учитывающие притяжение каждой звезды ко всем остальным.

Спутница Андромеды

Галактика Треугольника — третья по величине в Местной группе, спиральная галактика чуть больше половины Млечного Пути в поперечнике, в 2,8 миллиона световых лет от нас. Как и Андромеду, её едва можно увидеть глазом под очень тёмным небом. По-видимому, она падает на Андромеду впервые.

Её притяжение важно и для нашего будущего. Падая на Андромеду, она тянет её вбок, и в симуляциях исследования это делало слияние с Млечным Путём вероятнее. Здесь тоже нарисовано, как её звёзды разрываются и рассеиваются по Андромеде.

Сближение

Время ускорено: миллиарды лет две галактики падают друг на друга всё быстрее, притягиваемые взаимной гравитацией. Андромеда растёт на нашем ночном небе.

Больше всего их притягивает тёмная материя: гало каждой галактики в несколько раз тяжелее её звёзд и простирается на сотни тысяч световых лет. Когда гало перекрываются, они тормозят друг друга, и именно это замедляет галактики настолько, что они могут слиться.

С Земли Андромеда казалась бы всё больше и ярче, пока не заполнила бы значительную часть неба, наклонённая так же, как мы видим её сегодня. Но к тому времени Солнце изменится: примерно через пять миллиардов лет оно начнёт раздуваться в красного гиганта.

Первое сближение

Каждая галактика сильнее притягивает ближнюю сторону другой, чем дальнюю, и растягивает её. Насколько разрывается диск, зависит от того, как он вращается: диск Андромеды вращается в ту же сторону, что и их орбита, поэтому его внешние звёзды увлекаются и выбрасываются наружу, а диск Млечного Пути, вращающийся навстречу, держится лучше.

Галактики проходят сквозь гало тёмной материи друг друга, которые тормозят их и отнимают скорость. Их звёзды почти никогда не сталкиваются: они так далеко друг от друга, что даже когда две целые галактики перекрываются, столкновение двух звёзд — крайняя редкость.

Разлёт и возвращение

Без торможения тёмной материей они могли бы снова разойтись очень далеко. С ним каждое сближение отнимает у орбиты ещё больше энергии, и следующее наступает раньше и ближе. В симуляциях исследования большинство слияний происходило при втором сближении.

Тем временем взбудораженные диски немного успокаиваются, но звёзды, выброшенные при первом сближении, продолжают уходить наружу, образуя слабые потоки и оболочки вокруг обеих галактик, похожие на те, что астрономы видят вокруг многих галактик, встречавших другую.

Слияние

При слиянии галактик притяжение, действующее на каждую звезду, быстро меняется, и их упорядоченное вращение превращается в петли во всех направлениях. Облака газа сталкиваются и могут вызвать вспышку звездообразования, а газ, падающий к центру, может питать чёрные дыры, которые со временем тоже сближаются и сливаются.

Чёрная дыра Млечного Пути, Стрелец A*, весит около четырёх миллионов Солнц, а чёрная дыра Андромеды — около ста миллионов. Как проходит конец слияния, нарисовано здесь по тому, что показывают полные симуляции, ведь показанные здесь звёзды не притягивают друг друга.

Одна галактика

Через несколько сотен миллионов лет две галактики становятся одной круглой галактикой из старых звёзд без спиральных рукавов — эллиптической галактикой, которую иногда называют Млекомедой.

Эллиптические галактики часто встречаются среди крупнейших галактик, которые мы видим, и многие, как считается, образовались при подобных слияниях. Газа остаётся мало, новых звёзд рождается немного, и за миллиарды лет свет галактики краснеет по мере того, как умирают её яркие голубые звёзды.

Большое Магелланово Облако и Галактика Треугольника станут её частью, а за ними могут последовать многие меньшие галактики Местной группы. Галактики за пределами группы к тому времени отдалятся ещё больше, уносимые расширением Вселенной.

Где окажется Солнце

Солнце переживёт слияние, как почти любая звезда. В этом варианте будущего оно оказывается дальше от центра новой галактики, чем сегодня от центра нашей.

Симуляции слияния сходятся в том, что Солнце скорее всего будет отнесено дальше от центра, хотя где именно, предсказать невозможно. Соседние звёзды не подойдут достаточно близко, чтобы потревожить планеты: даже во время слияния галактик звёзды остаются в триллионах километров друг от друга.

К тому времени Солнце уже не будет той звездой, что сейчас. Примерно через 7,6 миллиарда лет оно достигнет наибольшего размера как красный гигант, затем сбросит внешние слои и станет белым карликом — тусклым угольком размером с Землю, всё так же обращающимся в новой галактике.