Моделювання показало спільне зростання центрів галактик

27 серпня 2026 р. 21:10

27 серпня 2026 р. 21:10

Новітнє комп’ютерне моделювання, про яке розповідає видання Universe Today , показало, що структури в центрах галактик — ядерні зоряні скупчення та ядерні зоряні диски — не є окремими утвореннями. Вони можуть формуватися й рости разом, живлячись одним і тим самим запасом газу впродовж мільярдів років.

Розуміння того, як влаштовані й еволюціонують центри галактик, є однією з ключових задач космології. Відомо, що в ядрах більшості галактик містяться надмасивні чорні діри (SMBH) та надщільні скупчення зір. Вони впливають на темпи народження нових зірок та інші процеси, тому механізми їх формування важливі для загальної картини еволюції Всесвіту з моменту появи перших галактик.

Що саме моделювали астрономи

Команда під керівництвом СонгВона Квака (SungWon Kwak) з Інституту астрофізики Лейбніца в Потсдамі застосувала високодетальну гідродинамічну симуляцію в межах проєкту SMUGGLE-Ring (Stellar Feedback in Galaxies and its Effects). Ця фізична модель дає змогу відтворювати, як зірки та зворотний зв’язок від їх вибухів формують структуру галактик.

Дослідники зосередилися на двох компонентах, які спостерігаються в околицях надмасивних чорних дір: ядерних зоряних скупченнях та ядерних зоряних дисках . Їх активно вивчають лише близько десяти років у Чумацькому Шляху та інших галактиках. Раніше вважали, що ці структури виникають унаслідок різних процесів, тим більше що спостереження не показували чіткої залежності між їх масами й розмірами, а попередні моделі не могли правдоподібно відтворити їхню спільну еволюцію.

У моделюванні розглядалася галактика з баром — витягнутою зоряною перемичкою в центрі, подібно до того, як це, за уявленнями астрономів, виглядає у Чумацькому Шляху. Симуляція простежувала, як така галактика розвивається впродовж кількох мільярдів років.

Галактичний бар як «космічний конвеєр»

Розрахунки вперше прямо показали еволюційний зв’язок між ядерним зоряним скупченням та диском: обидві структури ростуть разом. Ключова роль тут належить галактичному бару, який діє як своєрідний «конвеєр», спрямовуючи газ із диска всередину, до центру.

Коли газ накопичується поблизу ядра, вибухи наднових породжують ударні хвилі, що знову й знову запускають формування нових зір. За кілька мільярдів років в центральній області утворюються зірки загальною масою у сотні мільйонів сонячних мас . Таким чином, ядерне скупчення та зоряний диск живляться з одного й того ж резервуара газу й ростуть одночасно.

У ході еволюції, за даними симуляції, структурний зв’язок між цими компонентами змінюється. Під час тривалих фаз інтенсивного зростання їхні відносні маси й розміри починають розходитися. Через це на різних стадіях розвитку галактики ядерні скупчення та диски можуть виглядати дуже по-різному, навіть якщо лежать на одній спільній еволюційній траєкторії.

Саме це, за інтерпретацією авторів, пояснює, чому попередні огляди не виявили очевидної кореляції між параметрами ядерних скупчень і дисків. Відсутність зв’язку в спостереженнях не означає, що зорі в цих структурах кардинально відрізняються за віком, хімічним складом або рухом.

Зіставлення з реальними галактиками

У моделюванні виникла ще одна цікава подія: зоряне скупчення масою близько 30 мільйонів сонячних мас спіраллю «провалюється» до самого центру галактики й зливається з ядерним зоряним скупченням, збільшуючи його масу й розмір. Це нагадує ситуацію в реальній галактиці NGC 1365, де спостерігають масивне зоряне скупчення всередині бару. Очікується, що з часом воно теж зміститься до центру й приєднається до ядерного скупчення.

Таке злиття може поступово змінювати й масу надмасивної чорної діри, яка міститься всередині ядерного зоряного скупчення, хоча детальнішу динаміку цього процесу ще належить дослідити.

Роль темної матерії та переваги симуляцій

Важливою особливістю роботи стало те, як у модель включили темну матерію. На відміну від багатьох попередніх досліджень, де галактичний бар і гало темної матерії задавалися як фіксоване гравітаційне поле, команда використала «живі» частинки, що взаємодіють із зорями динамічно. Це дозволило природно сформувати бар, який еволюціонує з часом і сам призводить до появи ядерних структур.

У моделі також проявляється так званий «темний розрив» навколо бару — область із характерними особливостями розподілу темної матерії. Такий ефект часто помічають в спостереженнях і розглядають як свідчення взаємодії між зорями та темною матерією через обертання бару.

Подібні астрономічні симуляції дають змогу «побачити» процеси, які неможливо спостерігати безпосередньо. Вони дозволяють стежити за утворенням галактичного бару, рухом газу до центру, народженням нових зір та поступовим розростанням ядерного зоряного диска від ядра назовні протягом мільярдів років.

Отримані результати поглиблюють уявлення про зв’язки між різними компонентами галактик та допоможуть астрономам точніше тлумачити майбутні спостереження центральних областей як Чумацького Шляху, так і далеких зоряних систем.

Наука