Образуются ли звезды только в галактиках или за их пределами тоже?

Астрономы считают, что звезды образуются в основном в галактиках, но есть наблюдения, которые показывают, что звезды могут образовываться и вне галактик.

В астрономическом сообществе галактики считаются одним из единственных центров звездообразования. Только в нашей галактике, по оценкам астрономов, насчитывается около 100 тысяч миллионов звезд, почти все из которых образовались в Млечном Пути. Однако крошечная часть звезд могла присоединиться к Млечному Пути, когда он поглощал более мелкие галактики, и, скорее всего, так происходит в большинстве галактик во Вселенной.

Вопрос в том, образуются ли звезды вне галактик? Если да, то где они находятся? Если нет, то какие условия препятствуют этому?

Космическая паутина

Чтобы выяснить, образуются ли звезды вне галактик, нам нужно взглянуть на крупномасштабные структуры Вселенной. Здесь показано, как выглядят скопления галактик и группы скоплений галактик на больших расстояниях. Зная это, можно получить представление о том, где за пределами галактик могут образовываться звезды.

Моделирование говорит нам о том, что при рассмотрении через огромные промежутки времени газ во Вселенной имеет тенденцию образовывать нитевидные структуры, похожие на паутину. Эта структура называется "Космической паутиной" и говорит нам о том, что газ во Вселенной не везде однороден. Есть места, где газы имеют очень высокую концентрацию, как правило, в галактиках и вокруг них. Однако во Вселенной есть и другие регионы, в которых есть лишь незначительное количество газа, называемые пустотами.

Такая неоднородность распределения газа необходима. Именно благодаря этому мы можем наблюдать образование звезд, а также наблюдать галактики и скопления галактик во всей Вселенной.

Для образования звезд необходима высокая концентрация газа, который разрушается под действием гравитации. Пустоты, содержащие лишь очень незначительное количество газа, скорее всего, не будут иметь звездообразования.

Межгалактическая среда

Итак, где же их искать дальше? Во-первых, давайте проверим пространство между соседними галактиками. Область между соседними галактиками иногда содержит материю, обычно в виде газа. Это пространство определяется как межгалактическая среда.

Газ в межгалактической среде имеет несколько источников. Одним из источников является материал, "сдуваемый" ветрами из соседней галактики. Эти ветры могут возникать по нескольким причинам. Одна из них — образование звезд внутри этих галактик. Во время звездообразования, когда газ и другие материалы коллапсируют в детскую звезду, избыток материи вокруг нее выбрасывается с большой скоростью.

Другой источник — сверхмассивные черные дыры в центре галактик. Материя, накапливающаяся в черной дыре, нагревается, и часть ее выбрасывается обратно в космическое пространство в виде струй.

Однако несколько факторов препятствуют образованию звезд в межгалактической среде. Одна из причин заключается в том, что газ в межгалактической среде очень горячий — настолько горячий, что испускает рентгеновское излучение (именно так астрономы впервые обнаружили межгалактическую среду). Поскольку для образования звезд необходимо, чтобы газ был холодным, межгалактическая среда не обеспечивает идеальных условий для образования звезд.

Еще одна причина, по которой звездам трудно образовываться в межгалактической среде, заключается в том, что там нет достаточной плотности газов для образования звезд. Средняя плотность материи в межгалактической среде составляет около одного атома на кубический метр, чего, конечно, недостаточно для образования новых звезд. Кроме того, материя, присутствующая в межгалактической среде, постоянно аккрецирует обратно в галактики. В такой динамичной среде, где газы обычно движутся в определенном направлении, образование звезд будет практически невозможным.

Итак, судя по всему, образование звезд вне галактик невозможно... так?

Вселенная чрезвычайно обширна, и в ней есть несколько мест, где происходят странные и неожиданные вещи. И да, звезды действительно образуются в некоторых местах Вселенной, которые технически находятся за пределами галактик. В следующих частях мы рассмотрим эти необычные области нашей Вселенной.

Галактики типа "медуза"

Один из таких регионов находится в хвостах галактик типа "галактики-медузы". Эти галактики встречаются внутри скоплений галактик и характеризуются массивными хвостами, состоящими из газа. Наблюдения показывают, что значительная часть этого газа может состоять из молекул водорода, одного из основных компонентов звездообразования.

Формирование хвостов галактик типа "Медуза" происходит в результате процесса, называемого отрывом под давлением набегающего потока. Это явление обычно наблюдается в скоплениях галактик и может быть объяснено следующим образом:

Когда галактика движется внутри скопления, она испытывает своего рода "давление ветра" из-за горячего газа внутри скопления галактик (подобно межгалактической среде, о которой говорилось ранее). Это похоже на "ветер", который испытывает человек, едущий на мотоцикле.

Иногда давление этого ветра становится настолько сильным, что преодолевает гравитационные силы внутри галактики. Тогда газы внутри галактики уносятся с большой скоростью в виде хвоста. Именно в этом хвосте происходит звездообразование.

Звездообразование в газообразных хвостах галактик типа "Медуза" зависит от нескольких факторов, включая охлаждение и нагрев газа, сжатие газа и др. Однако современные исследования также показывают, что скорость и эффективность звездообразования в этих вытянутых газах ниже, чем в диске галактики.

Одним из примеров галактик типа "Медуза" с оттянутыми под давлением хвостами с активным звездообразованием является галактика D100, расположенная в скоплении галактик Скопление Волос Вероники. Исследования, проведенные в 2019 году, использовали наблюдения космического телескопа Хаббл для изучения скорости звездообразования и определения возраста и массы звездных скоплений в этом облаке.

Скопление Девы также содержит галактики Медузы с хвостами звездообразования. Поскольку масса скопления Девы меньше массы скопления Скопление Волос Вероники, ожидалось, что в нем не будет галактик типа "Медуза". Однако галактики, подвергшиеся таранному давлению, не обязательно подразумевают, что в их хвостах должно происходить звездообразование.

Газовые кольца

Другие области вне галактик, где происходит звездообразование, — это газовые кольца, в частности кольцо Льва и кольцо вокруг NGC 5291. Кольцо Льва находится в группе галактик Льва I и представляет собой асимметричную кольцеобразную структуру, состоящую в основном из атомарного водорода. В его центре находятся две галактики - NGC 3384 и M105.

Происхождение кольца точно не известно. В настоящее время считается, что структура состоит либо из первозданного газа, либо может быть результатом образования газового выброса в результате взаимодействия между галактиками. Конечно, это не связано с воздействием таранного давления, поскольку это привело бы к образованию односторонних хвостов, а не кольцевой структуры.

Кольцо Льва не показало существенных темпов звездообразования. Хотя звездообразование в кольце Льва и происходит, оно менее распространено, чем в других подобных кольцевых структурах, например, в кольце NGC 5291.

NGC 5291 состоит из множества галактик, взаимодействующих друг с другом, и кольцо вокруг NGC 5291 демонстрирует активное звездообразование. Кольцо содержит газы и звезды, и предполагается, что оно возникло из скопления NGC 5291. Взаимодействие между галактиками в NGC 5291 также привело к образованию звезд между самими галактиками.

Вывод

Таким образом, звездообразование вне галактик не является распространенным явлением. Хотя теоретически это возможно, реальные условия не способствуют этому. Межгалактическое звездообразование происходит только в исключительных случаях, в хвостах галактик типа Медузы или в таких местах, как кольцо Льва или NGC 5291.

Узнав больше о природе звездообразования, можно получить много информации о том, как галактики могут меняться со временем. Это многое говорит нам об эволюции структур во Вселенной и дает подсказки о том, как может измениться процесс звездообразования в будущем. Изучение образования звезд вне галактик особенно полезно для выяснения других способов, которыми различные объекты (особенно галактики) продолжают эволюционировать во Вселенной.