Нові моделювання ставлять під сумнів ймовірність зіткнення Чумацького Шляху з Андромедою.

Вступ

Протягом десятиліть підручники стверджували, що наша галактика Чумацький Шлях має зіштовхнутися та злитись зі своїм більшим сусідом, Андромедою (M31), приблизно через 4–5 мільярдів років. Цей класичний сценарій, іноді називають “Мілкомеда”, став основним прикладом космічної еволюції. Проте нове дослідження, опубліковане в журналі Nature Astronomy, ставить під сумнів цю версію, вказуючи лише на ~50% ймовірність зіткнення протягом наступних 10 мільярдів років при моделюванні повної динаміки Місцевої групи галактик.

Методологія: Об’єднання даних та Монте-Карло симуляції

Команда, очолювана Тіллом Саваалою (Університет Гельсінкі), об’єднала високоточні астрометричні та фотометричні дані з Космічного телескопа Габбла (HST) NASA та третього випуску ранніх даних Gaia (EDR3) ESA. Вони використовували:

• Справжні рухи: Вимірювання під мікроарсекунд з багаторічними базами.
• Радіальні швидкості: Спектроскопічні дані з невизначеністю менше 2 км/с.
• Масові профілі: Оцінки віріальної маси для гало темної матерії та баріонних компонентів, що охоплюють 0.5–2×10¹² M_⊙.

Ці дані були використані в 100,000 реалізаціях Монте-Карло, кожна з яких моделювала повну Місцеву групу (LG) протягом 10 мільярдів років, використовуючи N-body коди (GADGET-2 та REBOUND) з явними термінами динамічного тертя. Симуляції враховували приливні сили, асиметрії форм гало та збурення від супутників.

Результати: Перегляд ймовірностей зіткнення

На відміну від попередніх оцінок (>90% ймовірність злиття), дослідження виявило:

1. ~50% ймовірність прямого зіткнення Чумацького Шляху з Андромедою протягом 10 мільярдів років.
2. ~2% ймовірність зіткнення протягом наступних 4–5 мільярдів років.
3. Інші траєкторії передбачають численні близькі проходження, але без повного злиття, що призводить до тривалого орбітального танцю.

“Виходячи з найкращих доступних даних, доля нашої галактики залишається абсолютно відкритою,”

Ключовими факторами цього перегляду є гравітаційний вплив M33 та Великої Магелланової Хмари (LMC). Маса M33 (~5×10¹⁰ M_⊙) трохи підвищує ймовірність злиття, притягуючи обидві гігантські галактики, тоді як LMC (~1.5×10¹¹ M_⊙) відхиляє Чумацький Шлях від площини зіткнення, зменшуючи шанси на прямий удар.

Методи моделювання та обчислювальна інфраструктура

Дослідження використало суперкомп’ютерні центри PRACE в Європі та XSEDE у США, розгорнувши:

• 4,000 процесорних ядер на пакет симуляції та прискорення GPU для розрахунків сил.
• Адаптивні часові кроки (∆t ~0.1 Млн років) та довжини пом’якшення, налаштовані на 100 парсек.
• Індивідуальні модулі для динамічного тертя Чандрасекхара та втрат маси через приливне здирання.

Зразки параметрів обертання гало, триаксіальності та кутів падіння супутників дозволили команді оцінити невизначеності в часах розпаду орбіт (±1 мільярд років) та перетвореннях злиття.

Вплив на теорію еволюції галактик

Якщо зіткнення все ж відбудеться, це викличе інтенсивні зіркові спалахи, перетворить спіральні диски на еліптичний залишок та створить розширені приливні потоки. Однак переглянуті шанси 50/50 вказують на те, що Місцева група може залишатися багатогалактичною системою набагато довше, ніж очікувалося, що вплине на прогнози нагріву газу в групі, збагачення металами та майбутні сигнали гравітаційних хвиль від взаємодій надмасивних чорних дір.

Майбутні спостережні кампанії та потреби в даних

Щоб ще більше уточнити прогнози зіткнень, астрономи вказують на:

• Космічний телескоп Джеймса Вебба: Глибокі дослідження справжніх рухів слабких супутників LG.
• Телескоп Ненсі Грейс Роман: Широкопольна інфрачервона мапа підструктур гало.
• Обсерваторія Вери С. Рубін (LSST): Обмеження в часовій області для орбіт карликових галактик LG.

Очікувані покращення в точності справжнього руху

Наступне покоління астрометрії прагне до точності в десятках наноарсекунд, зменшуючи невизначеності швидкостей до <1 км/с та звужуючи простір орбітальних фаз.

Роль штучного інтелекту в симуляції та аналізі даних

Машинне навчання, таке як гаусівські процеси та потенціали нейронних мереж, все більше використовується для ефективнішого дослідження параметричних просторів, доповнюючи традиційну інтеграцію N-body.

Висновок

Хоча іконічний сценарій зіткнення Чумацького Шляху та Андромеди може все ж відбутися, оновлена ймовірність 50% підкреслює складність динаміки галактик та важливість високоточних даних. З появою нових обсерваторій та розвитком обчислювальних методів наше космічне прогнозування стане ще яснішим — хоча наразі остаточна доля нашої галактики залишається невизначеною.

DOI: 10.1038/s41550-025-02563-1