Спиральные галактики, включая наш Млечный Путь, десятилетиями ставили перед астрономами вопрос: как именно формируются их рукава и почему пыль в них распределена не так, как предсказывают теории? Новое исследование трёх близких к нам галактик — NGC 1097, NGC 1566 и NGC 3627 — дало неожиданные ответы. Используя инфракрасные данные обсерваторий Herschel и Spitzer, учёные выяснили, что привычные модели формирования спиралей могут быть ошибочными, а холодная пыль в рукавах играет куда более важную роль, чем считалось.

Основой работы стал анализ изображений в семи инфракрасных диапазонах (от 3,6 до 250 микрометров), что позволило «увидеть» пыль, невидимую в оптическом спектре. Галактики разобрали на компоненты — диски, центральные сгущения (балджи), перемычки (бары) и спиральные рукава — как сложный механизм, где каждая деталь влияет на общую работу. Для этого применили метод фотометрического разложения, создав цифровые модели структур, а затем проанализировали тепловое излучение пыли в каждом элементе.

Галактика NGC 1097, запечатлённая космическим телескопом Spitzer. Источник: NASA / JPL-Caltech

Ключевой вывод работы в том, что традиционная теория «стационарных волн плотности» — идея, что спиральные рукава возникают из-за гравитационных колебаний, — не подтвердилась. Углы закрутки рукавов и распределение молодых звёзд в них не совпали с предсказаниями. Вместо этого данные указали на динамические процессы или приливные взаимодействия между галактиками. Все три объекта входят в группы и имеют соседей, чьё гравитационное влияние могло «закрутить» спирали.

Ещё одно открытие касается пыли. Оказалось, что спиральные рукава содержат до 20% всей пыли галактик, причём её температура составляет всего 18–20 К (-255°C) — это холоднее, чем в дисках. При этом доля полициклических ароматических углеводородов (мелкие пылевые частицы, важные для образования звёзд) в рукавах и дисках почти одинакова, вопреки ожиданиям. В центрах же галактик их меньше — вероятно, из-за активности ядер, разрушающих сложные молекулы.

Игнорирование спиральных рукавов в предыдущих моделях, как выяснилось, искажало оценки структуры галактик. Например, в NGC 3627 необычное распределение пыли объяснили именно влиянием рукавов, а в NGC 1097 аномалии связали с активным ядром и кольцом звездообразования.

Перспективы работы — переход к масштабному анализу. Уже сейчас методология позволяет изучать сотни галактик, а телескопы, такие как JWST, дадут ещё более детальные инфракрасные данные. Это приблизит всестороннему пониманию того, как пыль и гравитация формируют «архитектуру» спиральных галактик — от древних структур до современных звёздных мегаполисов.

Подробнее на iXBT