Звёздные потоки — это слабые следы звёзд, которые словно «вытекают» из галактик. Новый поток, ускользающий из галактики M61, может указывать на существование множества других.
23 июня 2025 года были опубликованы результаты первых наблюдений, проведённых обсерваторией имени Веры Рубин (далее – «Рубин»), которые продемонстрировали мощь новейшего телескопа США и Национального научного фонда. Этот телескоп, предназначенный для многократного, более глубокого и быстрого, чем когда-либо прежде, исследования большей части всего неба, ставит перед собой грандиозные научные цели. Обладая возможностями, которым нет равных среди других обсерваторий, она надеется:
открыть огромное количество новых объектов в нашей Солнечной системе;
искать переходные явления или изменения в далёких звёздах, галактиках и туманностях с большей точностью, чем когда-либо прежде;
находить новые звёзды, сверхновые, явления приливного разрушения, а также вспышки и извержения;
измерять переменные объекты в далёких галактиках, помогая разрешить хаббловскую напряжённость;
а также осуществить многие другие начинания.
Однако самое важное, что она может нам дать — как и любая новая обсерватория с беспрецедентными возможностями, — это потенциал открытий: способность обнаруживать что-то необычное в космосе, потому что мы осмелились взглянуть на Вселенную по-новому, беспрецедентным образом. «Рубин» — первый телескоп флагманского класса (диаметром 8,4 метра), который использует самое сложное и совершенное крепление и самую большую, самую чувствительную камеру с самым высоким разрешением (3200 мегапикселей) из всех когда-либо созданных, чтобы быстро обследовать всё небо.
И эти первые наблюдения, даже несмотря на то, что они не были предназначены для оптимизации научных данных, которые можно было бы из них извлечь, уже приносят неожиданные научные дивиденды. И вот первое крупное открытие обсерватории.
То, что вы видите выше, — пример мощи обсерватории Рубин. Конечно, можно посмотреть на фото и решить, что в этом изображении нет ничего примечательного: просто спиральная галактика, довольно типичная для галактик, которые мы видим и хорошо знаем в современной Вселенной. На самом деле она входит в легендарный каталог ярких туманностей, которые можно было спутать с кометами при наблюдении неба с помощью технологий XVIII века: каталог Мессье. Эта галактика, 61-й объект в каталоге (Мессье 61), была фактически открыта в 1779 году итальянским священником Барнабой Ориани, который опередил Мессье на шесть дней (и, в отличие от Мессье, изначально не принял её за комету!).
Эта галактика находится на расстоянии около 50 миллионов световых лет, по размеру немного меньше Млечного Пути (её диаметр составляет около 90 000 световых лет) и окружена множеством других галактик, а также бесчисленными галактиками на дальнем плане. Если внимательно посмотреть в область изображения прямо над галактикой, то можно увидеть нечто похожее на слабую «линию» звёзд, исходящую от неё; она настолько слабая, что её легко пропустить. Фактически до 2025 года все её упускали из виду, поскольку телескопы были нечувствительны к объектам с такой низкой поверхностной яркостью. Вместо этого Мессье 61 до сегодняшнего дня была известна как плодородная почва для сверхновых: за последние 100 ��ет в ней наблюдали восемь сверхновых, и все они, за исключением одной, — сверхновые с коллапсом ядра.
Почему одни галактики относительно спокойны в плане сверхновых, демонстрируя всего одну в столетие или даже реже, а в других галактиках они возникают так часто? Ответ, по-видимому, тесно связан с недавними или продолжающимися эпизодами звездообразования в этих галактиках. Для образования новых звёзд галактикам требуются резервуары холодного молекулярного газа: большие облака или скопления газа, которые могут коллапсировать под действием собственной гравитации, вызывая образование новых звёзд. Обычно это происходит в галактиках с массивными пыльными дисками, нерегулярной формы или которые в настоящее время взаимодействуют или недавно гравитационно взаимодействовали с массивным соседом.
У Мессье 61, по-видимому, есть массивный пыльный диск, но она на первый взгляд, не демонстрирует продолжающегося или недавнего гравитационного взаимодействия. Она больше похожа на спокойную спиральную галактику: что-то похожее на наш Млечный Путь, который относится к классу спиральных галактик с одной сверхновой в столетие. Недавнее исследование PHANGS изучило эту галактику и обнаружило свидетельства звездообразования (быстрого эпизода образования звёзд), которое произошло в ядре галактики около 10 миллионов лет назад.
Возможно ли, что наша собственная Галактика «жертвой» недавнего взаимодействия? Если бы вы рассматривали нашу Галактику в мельчайших деталях, вам, возможно, пришло бы в голову поискать вокруг неё следы слабых звёздных потоков. Для далёкой галактики это сделать очень сложно. Но в случае нашей галактики, если посмотреть прямо над или под галактической плоскостью, недавнее взаимодействие должно оставить заметный след: поток звёзд, которые, кажется, устремляются прочь от самой галактики.
Действительно, мы обнаруживаем несколько потоков и даже несколько колец, удаляющихся от нашего Млечного Пути. Обычно это остатки галактик меньшего размера, чем наша, — карликовых галактик, галактик-спутников, потенциально даже крупных шаровых скоплений, — которые не только прошли близко от Млечного Пути, но и один или несколько раз обогнули саму галактическую плоскость или фактически прошли сквозь неё. Фактически, по состоянию на 2025 год, только в Млечном Пути официально известно не менее 25 потоков, которые делятся на две категории.
Есть звёздные потоки, такие как Магелланов поток и поток Стрельца, происхождение которых можно установить: их источниками служат всё ещё существующая галактика или шаровое скопление, с массами от 100 солнечных масс до сотен миллионов солнечных масс.
А есть осиротевшие звёздные потоки, такие как поток Ламоста, поток Хельми или поток Арктура, у которых либо исчезла породившая их галактика или скопление, либо их происхождение известно, но объект, давший начало потоку, в настоящее время либо разрушен, либо полностью исчез.
Длина этих потоков варьируется от примерно 1000 световых лет до более чем миллиона световых лет, причём самые длинные и крупные из них образуют несколько петель или дуг вокруг всего Млечного Пути. Многие исследователи надеялись, что «Рубин» позволит наблюдать множество таких потоков в более удалённых галактиках, находящихся далеко за пределами Местной группы.
То, что вы видите выше, — пример части наблюдений «Первый взгляд» обсерватории Рубин. В частности, это плотная область космоса, известная как «Космический сундук сокровищ»: она названа так, потому что именно в этом месте должны раскрыться первые «богатства» «Рубин». Ранее мы упоминали о поиске галактик, которые могут быть очагами сверхновых; они обычно возникают непосредственно после гравитационного взаимодействия, слияния или столкновения. И, как мы уже говорили, одной из характерных черт, указывающих на недавнее слияние или взаимодействие, является протяжённая особенность звёздного потока или следа, явно связанного с одной из галактик.
На таком богатом изображении их обязательно будет несколько. Если посмотреть чуть выше центра, можно увидеть гигантскую эллиптическую галактику, с правой стороны которой явно виден след из звёзд; это явный кандидат. В крайней правой части гигантская эллиптическая галактика, похоже, имеет поток, соединяющий её с группой галактик, обладающих спиральными и дисковыми особенностями, с обилием звёздных потоков в этой группе или скоплении. А в правом нижнем углу изображения, едва заметная в этом масштабе, находится галактика Мессье 61: спиральная галактика, видимая сбоку, из которой, похоже, исходит слабая «линия» в направлении светящейся красной звезды на переднем плане.
Действительно ли это звёздные потоки? Есть замечательная техника, которую мы можем использовать, чтобы это выяснить.
Как видно из приведённого примера, ключ к решению — разработка метода, который позволяет оптимально отображать Вселенную с низкой поверхностной яркостью даже при наличии очень ярких объектов и источников. Если вы хотите увидеть поток звёзд, который намного слабее галактики, с которой он связан, можно воспользоваться следующей замечательной техникой:
Вы создаёте новое плоское поле «абсолютного неба», где используете данные, чтобы определить, что на самом деле означает «отсутствие яркости».
Вы разрабатываете алгоритм для специального вычитания фона неба, который позволяет определить, каковы уровни «истинного фона» в каждом кадре, прежде чем выполнять любое совмещение.
Вы определяете и удаляете источники смещения, которые влияют на общее соотношение сигнал/шум галактик, получаемое путём сложения соответствующих кадров.
Затем ниже определённой яркости вы выполняете инверсию цвета, где «яркий белый» означает нулевую яркость, а выше определённого порога становится более тусклым, почти чёрным.
Это позволяет легко идентифицировать слабые объекты (такие как звёздный поток), которые появляются рядом с яркими объектами (например, с галактикой, видимой в профиль); эта техника доказала свою высокую эффективность в XXI веке в различных условиях.
Вы можете спросить: что мы обнаружим, если применим эту технику к галактике Мессье 61 в данных «Рубин»?
Именно это и сделала команда под руководством Аарона Романовского, применив эту технику к изображениям «Первый взгляд», предоставленным обсерваторией Рубин. Выше вы видите эту технику, применённую к этой галактике, а также к кандидату в звёздный поток, который мы могли визуально идентифицировать — ну, более или менее — исходящим из неё. Если посмотреть на область вокруг этой галактики, то можно увидеть, как происходит переход от области с высокой яркостью, похожей на диск, где фон тёмный, а светящиеся источники освещены, к области с низкой яркостью, расположенной дальше, где фон белый, а светящиеся источники кажутся затемнёнными.
А затем, глядя над галактикой, можно увидеть большой звёздный поток, чётко очерчивающий «тёмное» пятно в виде потока в областях с низкой яркостью, уходящее вверх на этом изображении: в сторону от галактики. В целом этот идентифицированный поток, который, по-видимому, заканчивается диффузным, похожим на шлейф концом чуть ниже и правее буквы «а» в левом верхнем углу, по оценкам, имеет длину около 160 000 световых лет, или почти вдвое больше диаметра своей родительской галактики — Мессье 61. Используя информацию о цвете, полученную в ходе наблюдений «Первый взгляд», астрономы оценивают звёздную массу потока в 200 миллионов масс Солнца, или около половины процента от полной звёздной массы самой Мессье 61.
Затем авторы исследования растянули изображение, показанное выше, чтобы выделить области с более низкой поверхностной яркостью, обнаруженные на окраинах галактики. Если посмотреть на места, указанные жёлтыми стрелками (добавлены авторами), то можно увидеть места, где есть потенциальные струи протяжённого звездообразования, выходящие из противоположной стороны галактики от того места, откуда исходит поток. Эти потенциальные струи могут простираться на расстояние от 20 000 до 50 000 световых лет за пределы основного диска галактики, но для подтверждения их существования потребуется полный набор данных «Рубин», а не только неполные данные «Первого взгляда», доступные на данный момент.
Однако такой набор характеристик, если он будет подтверждён, будет иметь жизненно важное значение. Когда меньшая галактика пробивается сквозь более крупную, она не просто оставляет след из звёзд позади себя и не просто вызывает эпизод быстрого образования новых звёзд в ядре главной галактики. Вместо этого она также создаёт явление «всплеска», при котором большие количества газа выбрасываются наружу.
А затем, когда вы посмотрите на конечную часть струи, которая заканчивается там, где заканчивается большой звёздный поток, вы должны увидеть:
группу новых звёзд;
непрерывное снижение поверхностной яркости от начала до конца струи;
совокупность более старых звёзд, представляющих то, что находилось внутри меньшей галактики до столкновения;
диффузный конец распределения звёзд из потока, возможно, заканчивающийся изгибами или узлами;
и отсутствие звёздного потока, продолжающегося за этим концом.
На изображении, показанном выше, вероятно, отображены все эти особенности. Существует большая группа ярких звёзд, которые выглядят как облако, расположенное над фоновым светом других галактик. Яркость потока уменьшается на 1,4 астрономической величины от края диска до конца струи, а цвета струи похожи на погасшую карликовую галактику, с яркостью, схожей с потоком Стрельца, окружающим Млечный Путь.
Однако поток, по-видимому, очень узкий: гораздо уже, чем сопоставимые по массе потоки вокруг Млечного Пути, такие как поток Стрельца. Авторы подчёркивают, насколько примечательно, что здесь, в Мессье 61, мы имеем галактику, которая:
известна почти 250 лет;
на протяжении десятилетий наблюдалась с очень высоким разрешением, в том числе с помощью телескопа «Хаббл» и наземных обсерваторий с диаметром зеркала более 8 метров;
её расстояние до нас было точно определено как чуть более 50 миллионов световых лет;
и тем не менее в ней есть звёздный поток, который всё это время оставался незамеченным. Ещё более замечательным может оказаться то, что будет получено из полного набора данных «Рубин», когда они станут доступны: возможность не только обнаружить больше потоков вокруг этой и других ранее хорошо изученных галактик и получить больше информации об этом потоке, но и выяснить, есть ли связь между этим потоком и большим скоплением потенциально связанных звёзд, расположенных чуть дальше в космосе.
Звёздный поток, исходящий из галактики Мессье 61 в правом нижнем углу, по-видимому, заканчивается в области, обведённой зелёной рамкой (в центре), которая увеличена и выделена на вставке. Однако чуть дальше от этого идентифицированного конца, по-видимому, находится большой источник звёздного света, несмотря на то, что он затмевается звездой на переднем плане. Для дальнейших исследований потребуется полный набор данных «Рубин».
Основываясь только на предварительных данных, полученных в ходе первых наблюдений обсерватории Рубин, мы теперь начинаем задавать вопросы, о которых в начале 2025 года мы даже не подозревали. Вот некоторые из них:
Насколько распространено наличие звёздных потоков вокруг галактик, похожих на Млечный Путь?
Сколько из близлежащих спиральных галактик, похожих на Млечный Путь, действительно имеют один или несколько таких потоков?
Насколько массивны эти потоки и что является их основной причиной?
Что нам говорит о природе этих потоков звёздная популяция в них?
Все ли галактики с такими потоками демонстрируют повышенную частоту сверхновых, недавние всплески звездообразования и другие свойства, которые мы обычно связываем с образованием таких потоков?
Остаются ли галактики или шаровые скопления, которые приводят к образованию этих потоков, нетронутыми? И если да, то как долго и при каких обстоятельствах?
Этот последний результат подчёркивает некоторые замечательные аспекты того, как работает наука. У нас есть теории о том, как устроена Вселенная, и это определяет наши ожидания относительно того, что мы предполагаем там обнаружить. Но когда мы смотрим на вещи по-новому — с помощью новых инструментов, новых технологий, нового оборудования, новых методов или усовершенствований существующих методов или приборов — Вселенная может нас удивить. Именно благодаря открытости к этим сюрпризам и тому, что мы позволяем нашим открытиям направлять нас, мы не только получаем новые космические знания, но и узнаём, какие вопросы следует задавать в качестве «следующего шага». Обсерватория Рубин, возможно, только начинает свою работу, но научные знания, которые она нам даёт сейчас, станут основой для многих будущих открытий!
