Галактики - далекие и близкие
Галактиками называют огромные скопления звезд, межзвездного газа и космической пыли. В каждую из них входит от нескольких миллионов до триллионов звезд. Самые далекие галактики, если смотреть на них в обычный телескоп, выглядят как мутноватые светлые пятнышки.
Во Вселенной три основных типа галактик - имеющие форму эллипса, спиральные галактики и галактики неправильной формы. Наша галактика называется Млечным Путем.
В начале 17 века Галилео Галилей, взглянув в построенный им телескоп, обнаружил, что Млечный Путь, который можно увидеть невооруженным глазом на ночном небе, состоит из огромного числа звезд.
Ученые решили, что это видимая с Земли часть галактики, в которую входит наше Солнце. Но как выглядит на самом деле галактика Млечный Путь?
Ответить на это не легче, чем определить форму дома, не выходя из него. Только в 20 веке выяснилось, что наша галактика имеет форму плоской спирали, на одной из ветвей которой находится Солнце.
Робинзоны звездного острова
Достаточно беглого взгляда на звездное небо, чтобы убедиться - количество звезд во всех направлениях в среднем одинаково. И только полоса Млечного Пути как бы нарушает гармонию светил и вызывает вопросы. Ответ на эти вопросы и стал первым шагом человечества в познании глубин Вселенной.
Невооруженным глазом мы можем видеть только ближайшие к нам, «соседние» звезды. Но с появлением телескопов обнаружилось, что Млечный Путь состоит из множества слабых, а значит, очень отдаленных звезд, причем их число по мере приближения к «небесной реке» быстро возрастает.
Так, получило подтверждение предвидение философа и естествоиспытателя Иммануила Канта, полагавшего, что звезды в мировом пространстве собраны в «звездные острова» - галактики. В одном из этих островов - галактике Млечный Путь - и находится Солнце вместе со своей системой планет, в которую входит наша Земля.
Наша Галактика, как и все остальные, известные астрономам, не имеет четких границ - «берегов». Невозможно точно сказать, где она заканчивается и начинается межгалактическое пространство.
Если при наблюдении в оптический телескоп галактика имеет один размер, то данные радиоизмерений могут показать, что она окружена облаками межзвездного газа в десятки раз больше.
И все-таки главное население галактик - звезды. Большие и малые, спокойные и бурно меняющиеся, одиночные и образующие группы - в Млечном Пути их около 200 млрд. Звезды рождаются, живут и умирают, и этот процесс происходит прямо сейчас, начавшись 13 млрд лет назад.
От окраин к центру
Астрономы считают, что средний диаметр нашей Галактики составляет 100 тыс. световых лет, а число звезд, входящих в нее, достигает 200 млрд.
Внешние границы Галактики образует гало - почти невидимая составляющая, в которую входит горячий газ, отдельные звезды и шаровые скопления, состоящие из самых старых звезд, чей возраст сравним с возрастом самой галактики - около 12 млрд лет.
Внутри гало вокруг того же центра вращается галактический диск. Входящие в него миллиарды звезд более молодые, здесь много газопылевых облаков, в которых идут процессы рождения новых звезд, а состав вещества гораздо богаче тяжелыми элементами, чем в гало.
В центре находится ядро, звезды которого образуют «утолщение» в галактическом диске - астрономы называют его «балдж». Плотность звездного населения здесь предельная, и если бы наша Земля находилась в этой области, на ночном небе сверкали бы десятки звезд, не уступающих по яркости полной Луне.
Кроме того, в центре Галактики находится сверхмассивная «черная дыра», притяжение которой заставляет звезды в этой области двигаться по необычным траекториям.
Танцы «каннибалов»
Расстояния между галактиками во Вселенной в десятки раз больше размеров самих галактик. Поэтому большинство из них существуют совершенно независимо и никак не влияют друг на друга.
Однако если звезды лишь в редчайших случаях сталкиваются друг с другом, с галактиками дело обстоит иначе - это происходит довольно часто. Правда, столкновение галактик вовсе не означает их гибели, ведь галактика представляет собой звездную систему, в которой светила разделены гигантскими расстояниями.
Если происходит сближение двух галактик, то они воздействуют друг на друга прежде всего своим гравитационным полем. Такое взаимодействие называют приливным - оно и в самом деле напоминает влияние ближайших к Земле небесных тел на наши океаны.
В результате меняется характер движения вещества в границах обеих галактик, их форма меняется, возникают выбросы газа, пыли и части звезд в межгалактическое пространство. Может измениться даже класс, к которому раньше принадлежала та или другая галактика.
Иногда эти сложные процессы завершаются поглощением одной из галактик - астрономы называют такие поглощения «галактическим каннибализмом».
Выяснение «по-родственному»
Огромное большинство взаимодействующих галактик - «родственники», а не случайно встретившиеся в пространстве звездные системы. Они связаны общностью происхождения и положения во Вселенной.
То сближаясь, то расходясь, то частично проникая одна в другую, они меняют друг друга и создают удивительные по красоте и сложности космические структуры.
Один из самых известных примеров такого взаимодействия - галактика Водоворот в созвездии Гончих Псов. Она состоит из эллиптической и спиральной галактик, соединенных перемычкой из звезд, по которой вещество постепенно перетекает в большую галактику из этой пары.
Существует пара отдаленных галактик, «мост» между которыми протянулся на 230 тыс. световых лет и имеет ширину в 6 тыс. световых лет.
Не менее своеобразно выглядят галактики, получившие имя «Мышки»,- за обеими на 9 тыс. световых лет тянутся «хвосты» из звезд и межзвездного газа.
В 2006 г. астрономам удалось сфотографировать настоящую космическую «ссору» в созвездии Южной Рыбы. Там две галактики, удаленные от Земли на расстояние в 100 млн световых лет, буквально разрывают своими гравитационными полями на части третью.
«Клей» для галактик
Еще одно несоответствие выявилось при исследовании вращения спиральных галактик - в том числе и нашего Млечного Пути.
Если предположить, что вся масса галактик сосредоточена в веществе, которое «дает о себе знать» своим излучением - в звездах и межзвездном газе и пыли, то скорости движения звезд вокруг центра галактики должны убывать по мере удаления от центра вращения.
На деле же ничего подобного не происходит - угловые скорости звезд не только не убывают, но и в некоторых случаях даже возрастают.
Такое явление может наблюдаться только в том случае, если вокруг галактики существует сверхмассивное гало (в форме кольца или тора) из вещества, которое не испускает никаких известных видов излучения - то есть невидимо.
Как и в случае со скоплениями галактик, «скрытая масса» «склеивает» звезды в галактики и не позволяет им «разбегаться» - расчеты показали, что собственной массы звезд и межзвездного газа для этого недостаточно.
Как «построить» галактики
Как ни странно, но попытки разделить галактики по внешним признакам на группы и классы начались задолго до того, как были открыты сами галактики.
Ирландский астроном, президент Лондонского Королевского общества Уильям Парсонс еще в 1845 г. предложил первую систему классификации туманностей со спиральным узором, которые тогда считались относящимися к Млечному Пути.
Но лишь в 20-х годах следующего столетия Э. Хаббл, получивший множество изображений галактик на телескопе обсерватории Маун-Вилсон, заметил, что некоторые из них имеют сходные признаки и общие черты строения.
В 1926 г. ученый предложил систему классификации на основе их формы, которая с некоторыми уточнениями используется и сегодня.
«Камертон Хаббла»
Эту систему коллеги-астрономы прозвали «камертоном Хаббла». Схема хаббловской классификации, и в самом деле, напоминает инструмент, который используется для настройки музыкальных инструментов.
«Камертон Хаббла», он же «Последовательность Хаббла», на протяжении всего 20 в. задавал тон в статистических исследованиях дальнего космоса.
Различия в строении галактик, считал выдающийся астроном, позволяют разделить их на три главных класса.
[1]. Эллиптические галактики (их обозначают буквой «Е» выглядят на небе округлыми или эллиптическими пятнами, причем их яркость убывает от центра к краям. Цифра, которую прибавляют к буквенному обозначению,- так называемый «индекс сплющенности».
Галактика с обозначением Е0 - практически круглая, тогда как у Е5 большая полуось вдвое короче малой, и сама она похожа на продолговатый овощ. Всего существует 7 подклассов - от 0 до 6. Практически все звезды в эллиптических галактиках старые, а межзвездного газа в них очень мало.
[2]. Следующий класс - спиральные галактики, к которым принадлежит и наш Млечный Путь. Они состоят из сплющенного диска из звезд и газа, в центре которого находится округлое утолщение - балдж. В диске хорошо различимы яркие спиральные рукава, состоящие из молодых звезд, газа и пыли.
Число рукавов от одного до десяти Хаббл разделил все известные спиральные галактики на нормальные спирали (обозначаются буквой Б) и спирали с перемычкой, или баром (SB). В нормальных спиралях рукава отходят от центрального ядра и простираются на протяжении одного оборота.
У галактик с баром рукава отходят под прямым углом от концов перемычки, их, как правило, не больше двух. В зависимости от того, насколько плотными или размытыми являются спиральные рукава галактик, их делят на подклассы a, b и c.
Очевидно, что галактики с баром - разновидность спиральных галактик. Их также делят на подклассы в зависимости от того, насколько четко выявляются в них рукава.
Промежуточное положение между эллиптическими и спиральными занимают линзовидные галактики. Астрономы обозначают их символом S0.
[3]. Завершающий класс в последовательности Хаббла - неправильные, или иррегулярные галактики (I). Они не имеют ярко выраженной формы и каких-либо определенных особенностей структуры - диска, рукавов, перемычек.
Их своеобразие в другом: в неправильных галактиках всегда много межзвездного газа, и постоянно идут процессы образования новых звезд. К этому классу относятся, например, Магеллановы Облака.
Нашествие хоббитов
Уже после того как классификация Хаббла стала общепризнанной, были обнаружены небольшие галактики, не соответствующие ни одному из классов, выделенных астрономом,- карликовые галактики, или, как их еще называют,- галактики-хоббиты.
Они вообще не имеют определенной формы и включают всего несколько миллиардов звезд, то есть на два порядка меньше, чем массивные спиральные галактики. В их названиях первой всегда стоит буква d от английского слова dwarf - «карлик».
Во второй половине 20 в., когда был осуществлен полный обзор неба с помощью новых сверхмощных инструментов, оказалось, что галактики-хоббиты - самые распространенные во вселенной. Только вокруг нашей галактики Млечный Путь вращается по разным орбитам 14 таких звездных систем-спутников.
За пределами нашей галактики
Изучая Вселенную, астрономы шаг за шагом проникали все дальше в ее таинственные глубины. Поняв и уточнив строение Солнечной системы, ученые обратились к Млечному Пути - гигантской «корпорации» звезд и межзвездного вещества, существующей по особым, далеко еще не полностью известным «правилам».
А следующий этап - открытие и исследование других «звездных островов», похожих и непохожих на наш собственный, оказался невероятно сложным. Речь шла о расстояниях в сотни тысяч и миллионы световых лет!
Еще в первых десятилетиях 20 в. далеко не все астрономы верили в существование звезд и звездных систем за пределами нашей Галактики.
И лишь с появлением мощных телескопов нового поколения удалось измерить расстояния до отдаленных туманностей и доказать, что они находятся в тысячи раз дальше, чем самые отдаленные «берега» нашего «звездного острова».
Так родилась новая отрасль науки - внегалактическая астрономия. И задачи она поставила перед собой действительно грандиозные: изучение наиболее общих свойств наблюдаемой части Вселенной - Метагалактики - и построение единой теории ее происхождения и развития.
Существующих теорий и известных физических законов для этого оказалось недостаточно, потому что с их помощью невозможно описать состояния вещества и то, что с ним происходит, при предельных значениях плотности, температуры и давления.
Для того чтобы только приблизиться к созданию такой теории, понадобились данные наблюдений за областями Вселенной, которые лежат в миллиардах световых лет от нас.
А чтобы получить такие данные, пришлось создать сверхточные приборы и нетрадиционные методы исследований.
Поэтому главные достижения внегалактической астрономии связаны с наступлением эры компьютеров и новыми открытиями в области квантовой физики.
Скопления скоплений
Галактика - это огромное скопление, «коллектив» звезд, связанных силами гравитационного взаимодействия. Однако наблюдения астрономов показывают, что существуют и «скопления скоплений» - гравитационно-связанные системы галактик.
Это, пожалуй, одни из самых больших структур во Вселенной - их размеры могут достигать сотен миллионов световых лет.
Скопления галактик неравномерно распределены в той части мироздания, которая доступна для наблюдений сегодня, и образуют нечто вроде пространственной сети, в которой более плотные области чередуются с гигантскими пустотами.
О том, что скопления галактик, ведущих «совместную жизнь», действительно существуют, дают представления астрофотографии.
Измеряя расстояния до этих звездных систем и их скорости, можно убедиться, что они находятся не так уж далеко, по меркам глубокого космоса, одна от другой и подчиняются общим «правилам поведения». Существует даже классификация скоплений галактик, состоящая всего из двух классов.
Свидетели иных времен
Скопления иного типа - шаровые - выглядят совсем иначе. Внешне они напоминают рой насекомых, стремящихся к желанной добыче. Чем ближе к центру скопления, тем больше и больше звезд.
При наблюдении в телескоп возникает впечатление, что звезды в центральных областях шаровых скоплений сливаются друг с другом, хотя на самом деле расстояния между ними остаются довольно большими.
Все звезды шаровых скоплений имеют возраст, сравнимый с возрастом нашей Галактики Млечный Путь - около 10 млрд лет. В составе вещества этих звезд нет тяжелых элементов - они состоят из смеси водорода и гелия, что дает астрономам повод отнести их к старейшим «обитателям» Млечного Пути.
О том же говорит и расположение шаровых скоплений. Они как бы «собраны» в полусфере, имеющей центром точку в созвездии Стрельца.
Наблюдая шаровые скопления, американский астроном Х. Шепли (1885-1972 гг.) предположил, что именно в направлении созвездия Стрельца находится центр нашей Галактики, а шаровые скопления являются самой древней ее частью, возникшей еще до того, как гигантская карусель Млечного Пути начала свое вращение.
Таким образом, Х. Шепли, подобно тому как Коперник «лишил» Землю центрального положения в Солнечной системе, лишил Солнечную систему центрального положения в ее галактике.
Спиральная троица
В Местной группе всего три крупные спиральные галактики - Млечный Путь, галактика Андромеды и значительно меньшая галактика М33 в созвездии Треугольник.
С каждой из них связано несколько неправильных и карликовых галактик, галактик-спутников и звездных скоплений. Малые галактики как бы группируются вокруг двух наиболее крупных.
«Семейство» Млечного Пути состоит из гигантской спиральной галактики Млечный Путь и 14 ее спутников, среди которых неправильные галактики Большое и Малое Магеллановы Облака, карликовые галактики в созвездиях Скульптор, Киль, Печь, карликовая эллиптическая галактика в созвездии Стрелец и ряд других.
Группа Андромеды во многом похожа на группу Млечного Пути: в центре находится галактика Андромеды, ее окружают 18 галактик-спутников, среди которых есть неправильные и эллиптические звездные системы.
У спиральной галактики в созвездии Треугольник также имеются связанные с нею «карлики», но точный характер их движения пока не установлен.
|