Галактичний канібалізм: як Чумацький Шлях поглинав сусідні галактики

Десь у тиші космосу між світлом зірок і тінню темної матерії зберігаються сліди минулого. Їх неможливо помацати руками, але можна прочитати — якщо знати, де шукати. Марина Іщенко, старший дослідник відділу фізики зірок і галактик Головної астрономічної обсерваторії НАН, — галактичний археолог. Вона досліджує скупчення зірок, як археолог вивчає уламки глиняних посудин. Її робота — це спроба заглянути в юність Всесвіту, зібрати пазл із уламків карликових галактик, колись поглинених Чумацьким Шляхом. Це історія про те, як ми відкриваємо себе, дивлячись у минуле зірок.

ZN.UA поговорило з Мариною Іщенко про те, що вченим удалося дізнатися про минуле Чумацького Шляху та Всесвіту.

— Пані Марино, що цікавого вдалося «розкопати» про минуле нашої Галактики й над чим ви зараз працюєте?

— Ми досліджуємо, які карликові галактики з'їла на своєму життєвому шляху наша Галактика Чумацький Шлях, — їх було близько десяти. Навіть було введено такий термін — «галактичний канібалізм». Завдяки тому, що ми розуміємо, якими були з'їдені об'єкти, ми можемо відновити, як саме формувалася наша Галактика, як нарощувала свою масу. Цей процес триває мільярди років. Якщо 10–12 мільярдів років тому, в епоху раннього Всесвіту, поглинання галактик були дуже активними, то нині таких поглинань буде менше, — Всесвіт, як відомо, розширюється. Зазначу, що саме зараз наша Галактика «обідає» карликовою галактикою за назвою Сагіттаріус. Обід розтягнеться ще на кілька мільярдів років, після чого її зірки, пил, газ та інші структури й об'єкти стануть частиною Чумацького Шляху.

— Як астрономи вивчають минуле зірок?

— У нас є добре визначені координати та швидкість руху зірок. За наявності цих параметрів, наявності суперкомп'ютера або дуже хорошого комп'ютера можна реконструювати орбіту зірки в нашій Галактиці: як вона жила, наприклад 8 мільярдів років тому, де могла знаходитися на той час.

Коли ми кажемо про галактичну археологію, слід розуміти, що наша Галактика не статична. Постійно змінювалися її маса та розміри. Вона постійно нарощувала масу. Не було, наприклад, такого, що хтось великий (мається на увазі інша галактика, більша за нашу за масою) пройшов повз нас і відкусив шматок.

— Чи можемо ми сказати, що вже знаємо «біографію» нашої Галактики, чи це тільки кілька перших сторінок? І наскільки ця біографія достовірна?

— З того, що ми знаємо зараз, і з урахуванням рівня розвитку технологій, інструментів, програмного забезпечення, з того, як ми вміємо визначати хімічний склад зірок, реконструювати їхні орбіти, я сказала б, що реконструйована нами біографія нашої Галактики досить достовірна. Звичайно, може відбутися щось, що переверне все. Наприклад, виявиться, що якусь константу було виміряно неправильно. Але відтоді, як людина змогла виводити телескопи на орбіту та отримувати більш точні знімки, більш точні спектри космічних об'єктів, достовірність цих результатів можна оцінити як високу.

Принаймні ми вже точно знаємо, що приблизно через 4 мільярди років ми зіштовхнемося з набагато більшою галактикою — Андромедою. Приблизно в цей самий час Сонце перейде в стадію червоного гіганта, скинувши з себе зовнішні оболонки, які поглинуть планети, зокрема Землю та, можливо, навіть Марс. А ми, людство, — не те що мить, ми якась частка секунди в масштабі Всесвіту.

Щодо того, чи все ми знаємо про минуле нашої Галактики, я сказала б, що з книжки її біографії ми прочитали лише перший розділ. Решта — темна матерія. Ми знаємо, що в центрі нашої Галактики міститься надмасивна чорна діра Стрілець-А. Однак ми не знаємо, якою була її активність у минулому. Хоча бачимо, що нам «пощастило», — у нас досить тиха чорна діра з помірним апетитом.

 З іншого боку, ми знаємо структуру нашої Галактики. Вона складається з кількох частин. Балдж — центральна, опукла її частина. У ній зосереджено величезну кількість старих зірок і надмасивна чорна діра. Диск — плоска частина, яка складається з двох структур — тонкого й товстого дисків. Тут зосереджена велика кількість зірок, газу й пилу. У тонкому диску — молоді зірки, тут триває активне зіркоутворення, у товстому — зірки старші. Плюс гало — сферична оболонка навколо Галактики. Тут містяться дуже старі зірки, а також поглинені «чужі» зірки й темна матерія.

І слід ще зазначити, що нам пощастило з положенням нашої Сонячної системи в Галактиці — ми в найтихішій зоні. У нас немає поблизу якогось пульсара з його вбивчим випроміненням. Можливо, тому життя й змогло зародитися на Землі.

— Якщо говорити про космічне минуле, не можна не згадати про одну з найбільших таємниць — про момент народження всього Всесвіту, про Великий вибух. Що відомо про нього?

— З того, що нам нині відомо, ми не можемо детально розповісти, що було приблизно тринадцять із половиною мільярдів років тому, у нас є тільки припущення. Однак за останні 20–30 років низку припущень удалося підтвердити, зокрема в результаті експериментів у Великому адронному колайдері. Наприклад, змогли відтворити кварк-глюонну плазму: цей такий стан матерії, який існував у перші мікросекунди після Великого вибуху. Ще одним прикладом може бути відкриття Бозона Хіггса. Ця частка може відігравати роль в інфляційній моделі раннього Всесвіту — теорії, що пояснює його стрімке розширення відразу після Великого вибуху.

— Темна матерія — це велика частина Всесвіту, але вона невидима для нас. Чи діють на неї ті самі фізичні закони, що й на «легку» матерію?

— Спочатку математика, а потім уже й спостереження підтвердили, що якщо скласти все, що ми бачимо у Всесвіті, це буде лише кілька відсотків від його маси. Іншу його частину, яку ми не можемо спостерігати, але яка проявляє себе при гравітаційній взаємодії (впливає на рух зірок, галактик і навіть «викривляє» світло) вирішили назвати «темною матерією». Теоретично постульована ще й темна енергія. Якогось такого прориву, розуміння природи цих явищ, не кажучи вже про виявлення, немає. І це більше питання до космологів.

— Ви працюєте в українській науці під час війни. Чи вдалося зберегти дослідницьку інфраструктуру, міжнародне співробітництво?

— Мені тут хотілося б насамперед сказати про проблему людського ресурсу, не тільки в астрономії, а в науці в цілому. Частина вчених виїхала до ЄС, отримала там гранти, підтримку. Чи є стимул повернутися? Зважаючи на низьку оплату праці вчених в Україні — питання спірне. Візьмемо мій приклад. У мене вже 20 років стажу в академічній організації, є надбавка за кандидатський ступінь і за наукове звання старшого дослідника. Але після відрахування всіх податків на руки я отримую 15–17 тисяч гривень. При цьому оренда квартири зараз коштує 13 тисяч. Коли я прочитала кілька тижнів тому в новинах, що середня зарплата в Києві 26–40 тисяч гривень, стало очевидно, що це не про нас, не про вчених.

Якщо казати про дослідницьку інфраструктуру, вона на даний момент практично не постраждала — спостереження ведуться. Продовжує роботу сонячний телескоп, станція лазерного моніторингу штучних супутників Землі тощо.

Що ж до моєї роботи — вона цілком побудована на моделюванні, і для цього потрібний не просто комп'ютер, а суперкомп'ютер. Однак навіть із урахуванням деяких грантових конкурсів від МОН, закласти в грант кошти на купівлю дорогого обладнання або публікацію в провідних журналах із астрономії неможливо.

Утім десь двері зачинилися, а десь — відчинилися: з'явилися можливості брати участь у міжнародних грантах, акцентованих на підтримці української науки. Наприклад, улітку 2022 року завдяки ініціативі колег Інституту астрофізики Канарських островів я отримала можливість попрацювати на телескопі в Тенерифі.

Фундаментальна наука — це завжди інвестиції в майбутнє. У розвинених країнах саме фундаментальна наука в пріоритеті, тому що вона — те знання, яке вистрілить через 10, 20, 30 років. На те вона й фундаментальна. Це запорука розвитку нації, країни. Це внутрішній імпульс людства до пізнання себе та Всесвіту. Це шлях, яким ми зростаємо, — від цікавості до розуміння, від запитань до відкриттів і далі — до технологій.