Введение

Галактика, которая вращается вокруг большей галактики из-за гравитационного притяжения Галактика-спутник - это маленькая галактика-компаньон, которая движется по связанным орбитам в пределах гравитационного потенциала более массивной и светящейся галактики-хозяина (также известной как первичная галактика). Спутниковые галактики и их составные части связаны с их галактикой-хозяином, так же, как планеты в нашей собственной Солнечной системе связаны гравитационно с Солнцем. В то время как большинство спутниковых галактик - карликовые галактики, спутниковые галактики больших скоплений галактик могут быть намного более массивными. Млечный Путь вращается вокруг около пятидесяти спутниковых галактик, крупнейшей из которых является Большое Магелланово Облако. Более того, спутниковые галактики - не единственные астрономические объекты, которые гравитационно связаны с более крупными галактиками-хозяевами (см. шаровые скопления). По этой причине астрономы определили галактики как гравитационно связанные коллекции звезд, которые демонстрируют свойства, которые не могут быть объяснены комбинацией барионной материи (т.е. обычной материи) и законами гравитации Ньютона. Например, измерения орбитальной скорости звезд и газа в спиральных галактиках приводят к кривой скорости, которая значительно отклоняется от теоретического прогноза. Это наблюдение послужило основой для различных объяснений, таких как теория темной материи и модификации ньютоновской динамики. Спутниковые галактики обычно ведут бурную жизнь из-за их хаотического взаимодействия как с более крупной галактикой-хозяином, так и с другими спутниками. Например, галактика-хозяин способна нарушить орбитальные спутники через приливную и давление на выбросы. Эти экологические эффекты могут удалить большое количество холодного газа из спутников (то есть топливо для звездообразования), и это может привести к тому, что спутники станут бездействующими в том смысле, что они перестанут образовывать звезды. Более того, спутники могут также столкнуться с их галактикой-хозяином, что приведет к незначительному слиянию (т.е. событие слияния между галактиками значительно разных масс). С другой стороны, спутники также могут сливаться друг с другом, что приводит к крупному слиянию (т.е. событию слияния между галактиками сопоставимых масс). Галактики в основном состоят из пустого пространства, межзвездной пыли и газа, и поэтому слияния галактик не обязательно включают столкновения между объектами из одной галактики и объектами из другой, однако эти события обычно приводят к гораздо более массивным галактикам. Следовательно, астрономы стремятся ограничить скорость, с которой происходят как незначительные, так и крупные слияния, чтобы лучше понять образование гигантских структур гравитационно связанных конгломераций галактик, таких как галактические группы и скопления.

Начало XX века

До XX века мысль о том, что за пределами Млечного Пути существуют галактики, была не совсем устоявшейся. На самом деле, эта идея была настолько спорной в то время, что она привела к тому, что теперь называется "Великой дискуссией Шэпли Кертиса", названной в честь астрономов Харлоу Шэпли и Хебера Дуста Кертиса, которые обсуждали природу "туманностей" и размер Млечного Пути в Национальной академии наук 26 апреля 1920 года. Шапли утверждал, что Млечный Путь - это вся Вселенная (протяженностью более 100 000 световых лет или 30 килопарсек в диаметре) и что все наблюдаемые "туманности" (в настоящее время известные как галактики) находятся в этой области. С другой стороны, Кертис утверждал, что Млечный Путь был намного меньше, и что наблюдаемые туманности на самом деле были галактиками, похожими на наш Млечный Путь. Этот спор не был урегулирован до конца 1923 года, когда астроном Эдвин Хаббл измерил расстояние до M31 (в настоящее время известной как галактика Андромеды) с помощью переменных звезд Цефеиды. Измеряя период этих звезд, Хаббл смог оценить их внутреннюю светимость и, объединив это с их измеренной видимой величиной, он оценил расстояние в 300 кпц, что на порядок больше, чем предполагаемый размер Вселенной, сделанный Шэпли. Это измерение подтвердило, что Вселенная не только намного больше, чем ожидалось ранее, но и продемонстрировало, что наблюдаемые туманности на самом деле были далекими галактиками с широким диапазоном морфологий (см. последовательность Хаббла). В частности, в настоящее время известно, что Млечный Путь содержит 59 спутниковых галактик (см. спутниковые галактики Млечного Пути), однако два из этих спутников, известных как Большое Магелланово Облако и Малое Магелланово Облако, наблюдались в Южном полушарии невооруженным глазом с древних времен. Тем не менее, современные космологические теории образования и эволюции галактик предсказывают гораздо большее количество спутниковых галактик, чем наблюдается (см. Проблема отсутствия спутников). Однако более поздние моделирования с высоким разрешением показали, что нынешнее количество наблюдаемых спутников не представляет угрозы для распространенной теории образования галактик.

Мотивация к изучению спутниковых галактик

Спектроскопические, фотометрические и кинематические наблюдения за спутниковыми галактиками дали множество информации, которая использовалась для изучения, среди прочего, образования и эволюции галактик, воздействия на окружающую среду, которые увеличивают и уменьшают скорость звездообразования внутри галактик и распределение темной материи в гало темной материи. В результате спутниковые галактики служат испытательным полигоном для прогнозов, сделанных космологическими моделями.

Классификация спутниковых галактик

Как упоминалось выше, спутниковые галактики обычно классифицируются как карликовые галактики и поэтому следуют аналогичной схеме классификации Хаббла в качестве их хозяина с незначительным добавлением маленького "d" перед различными стандартными типами для обозначения статуса карликовой галактики. К ним относятся карликовые нерегулярные (dI), карликовые сфероидальные (dSph), карликовые эллиптические (dE) и карликовые спиральные (dS). Однако из всех этих типов считается, что карликовые спирали - это не спутники, а скорее карликовые галактики, которые встречаются только в полевых условиях.

Карликовые галактики-нерегулярные спутники

Для карликовых галактик характерны их хаотичный и асимметричный внешний вид, низкая доля газа, высокая скорость звездообразования и низкая металличность. Три из ближайших карликовых нерегулярных спутников Млечного Пути включают Малое Магелланово Облако, Большой Карлик Canis и недавно обнаруженную Antlia 2.

Карликовые эллиптические спутниковые галактики

Для карликовых эллиптических спутниковых галактик характерны их овальный вид на небе, беспорядочное движение составляющих звезд, умеренная до низкой металличности, низкая фракция газа и старая звездная популяция. К карликовым эллиптическим спутниковым галактикам в Местной группе относятся NGC 147, NGC 185 и NGC 205, которые являются спутниками нашей соседней галактики Андромеды.

Карликовые сфероидальные спутниковые галактики

Для карликовых сфероидальных спутниковых галактик характерны их диффузный внешний вид, низкая яркость поверхности, высокое соотношение массы к свету (то есть преобладает темная материя), низкая металличность, низкие газовые фракции и старая звездная популяция. Газ в этих связанных системах конденсировался и быстро охлаждался в холодные гало темной материи, которые неуклонно увеличивались в размерах, объединяясь вместе и накапливая дополнительный газ в процессе, известном как аккреция. Самые большие связанные объекты, сформированные в результате этого процесса, известны как суперкластеры, такие как Суперкластер Девы, который содержит меньшие скопления галактик, которые сами окружены еще меньшими карликовыми галактиками. Кроме того, в этой модели карликовые галактики считаются фундаментальными строительными блоками, которые порождают более массивные галактики, а спутники, которые наблюдаются вокруг этих галактик, являются карликами, которые еще не были поглощены их хозяином.

Накопление массы в гало темной материи

Грубый, но полезный метод определения того, как гало темной материи постепенно набирают массу путем слияния менее массивных гало, может быть объяснен с использованием формализма экскурсионных множеств, также известного как расширенный формализм Пресса-Шехтера (EPS). Среди прочего, формализм EPS может быть использован для вывода доли массы, которая возникла из разрушенных объектов определенной массы в более раннее время, путем применения статистики случайных марковских ходок к траекториям массовых элементов в пространстве, где и представляют собой массовое изменение и перегрузку, соответственно. В частности, формализм EPS основан на ансазе, который гласит, что "часть траекторий с первым пересечением барьера в равен массовой части в то время, когда она включена в гало с массами ". Следовательно, этот ансац гарантирует, что каждая траектория будет пересекать барьер, при условии, что она будет произвольно большой, и в результате она гарантирует, что каждый элемент массы в конечном итоге станет частью гало. Тем не менее, полезность формализма EPS заключается в том, что он обеспечивает вычислительно дружественный подход для определения свойств гало темной материи.

Ставка слияния гало

Еще одна полезность формализма EPS заключается в том, что он может быть использован для определения скорости, с которой ореол начальной массы M сливается с ореолом с массой между M и M + ΔM. Доказательства этого разрушительного процесса можно наблюдать в потоках звездного мусора вокруг далеких галактик.

Скорость распада орбиты

По мере того, как спутники вращаются вокруг своего хозяина и взаимодействуют друг с другом, они постепенно теряют небольшое количество кинетической энергии и углового момента из-за динамического трения. Следовательно, расстояние между хостом и спутником постепенно уменьшается для сохранения углового момента. Этот процесс продолжается до тех пор, пока спутник не сливается с галактикой-хозяином. Кроме того, если предположить, что хозяин - это сингулярная изотермическая сфера (SIS), а спутник - это SIS, который резко сокращается в радиусе, при котором он начинает ускоряться к хозяину (известный как радиус Якоби), то время, которое требуется для динамического трения, чтобы привести к незначительному слиянию, можно приблизить следующим образом: где исходное радиус в , является скоростной дисперсией галактики-хозяина, является скоростной дисперсией спутника и является кулоновским логарифмом, определенным как с , и соответственно представляющим максимальный параметр удара, половину радиуса массы и типичную относительную скорость. Более того, как полумассовый радиус, так и типичная относительная скорость могут быть переписаны с точки зрения радиуса и дисперсии скорости таким образом, что и используя отношение Фабера Джексона, дисперсия скорости спутников и их хозяина может быть оценена индивидуально из их наблюдаемой светимости. Поэтому, используя приведенное выше уравнение, можно оценить время, которое требуется, чтобы спутниковая галактика была поглощена галактикой-хозяином. С тех пор как было сделано это открытие, различные наблюдения подтвердили, что слияния действительно вызывают активное звездообразование.

Незначительные слияния и происхождение компонентов толстых дисков

Наблюдения за краями галактик предполагают всеобщее присутствие тонкого диска, толстого диска и гало-компонента галактик. Несмотря на очевидное повсеместное присутствие этих компонентов, все еще ведутся исследования, чтобы определить, действительно ли толстый диск и тонкий диск являются разными компонентами. Тем не менее, было предложено много теорий, чтобы объяснить происхождение толстого компонента диска, и среди этих теорий есть одна, которая включает в себя незначительные слияния. В частности, предполагается, что ранее существовавший тонкий диск компонент галактики-хозяина нагревается во время незначительного слияния и, следовательно, тонкий диск расширяется, чтобы сформировать более толстый диск компонент.