100 великих загадок астрономии - Александр Викторович Волков

А, кстати, не меняется ли со временем облик спиральных галактик? Как известно, из «последовательности Хаббла» выбиваются иррегулярные галактики, которые имеют странную, неправильную форму. Ситуация с ними остается непонятной. В последнее время астрономы приходят к выводу, что большая часть спиральных галактик в молодости тоже выглядела весьма необычно. Поэтому справедлив вопрос: не является ли эта «иррегулярность» чем-то временным, преходящим?

Так, в конце 2000-х годов группа исследователей из Парижской обсерватории проанализировала формы 148 галактик, обнаруженных телескопом «Хаббл» на расстоянии 6 миллиардов световых лет от Земли, а также 116 галактик, ближайших к Млечному Пути. Как выяснилось, 6 миллиардов лет назад было значительно больше иррегулярных галактик, чем теперь. По-видимому, поглощая ближайшие к ним карликовые галактики или же сталкиваясь с другими, более крупными «звездными островами», иррегулярные галактики постепенно превращаются в спиральные. Раньше предполагалось, что в результате таких столкновений образуются главным образом, эллиптические галактики, но, похоже, это мнение ошибочно. Итогом космических коллизий может быть и появление таких гигантских звездных систем, как туманность Андромеды, имеющих форму спиральной галактики.

А что предвещает скорую гибель спиральной галактики? Может быть, появление перемычки? Такую гипотезу выдвинули в 2010 году британские астрономы на страницах журнала «Monthly Notices of the Royal Astronomical Society». Судя по статистике, среди самых старых галактик, переливающихся красными тонами, то есть содержащих особенно много старых, красных звезд, встречается вдвое больше спиральных галактик с перемычкой, нежели среди молодых галактик, окрашенных в голубые цвета. По мнению британских астрономов, между появлением перемычки и постепенным прекращением процессов образования новых звезд есть несомненная связь. Перемычка, эта обширная «жировая прослойка» галактики, возникает, когда та теряет способность порождать новые звезды.

И все-таки, что здесь причина, что следствие? Приводит ли появление перемычки к постепенному угасанию галактики? Или это лишь побочный эффект, сопровождающий ее гибель? Во всяком случае, в нашей Галактике, хотя она и обзавелась уже перемычкой, имеются области, где рождаются все новые звезды. Неслучайно некоторые астрономы предполагают, что спиральные галактики с перемычкой, наоборот, со временем превращаются в «нормальные» спиральные галактики. Кто прав, кто нет? Таинственный мир спиральных галактик нам еще предстоит понять.

Загадки Млечного пути

В какой-то степени мы знаем далекие звездные системы лучше, чем нашу родную Галактику – Млечный Путь. Исследовать его структуру труднее, чем строение любых других галактик, поскольку изучать ее приходится изнутри, и многое не так легко разглядеть. Межзвездные пылевые облака поглощают свет, излучаемый мириадами отдаленных звезд. Лишь с развитием радиоастрономии и появлением инфракрасных телескопов ученым удалось понять, как устроена наша Галактика. Однако многие детали остаются неясны и теперь. Даже число звезд в Млечном Пути оценивается очень приблизительно. Новейшие электронные справочные издания называют цифры от 100 до 300 миллиардов звезд.

Еще недавно считалось, что у нашей Галактики имеются четыре больших рукава. Однако в 2008 году астрономы из Висконсинского университета опубликовали результаты обработки около 800 тысяч инфракрасных снимков, сделанных космическим телескопом «Спитцер». Их анализ показал, что у Млечного Пути всего два рукава. Что же касается других рукавов, то они являются лишь узкими боковыми ответвлениями. Итак, Млечный Путь – это спиральная галактика с двумя рукавами. К слову, у большинства известных нам спиральных галактик также лишь два рукава.

«Благодаря телескопу “Спитцер” мы можем заново переосмыслить структуру Млечного Пути, – подчеркнул астроном Роберт Бенджамин из Висконсинского университета, выступая на конференции Американского астрономического общества. – Мы уточняем наше представление о Галактике точно так же, как столетия назад первооткрыватели, совершая путешествия по земному шару, уточняли и переосмысливали прежние представления о том, как выглядит Земля».

Млечный путь. Компьютерная модель

С начала 1990-х годов наблюдения, проводимые в инфракрасном диапазоне, все больше и больше меняют наши знания о структуре Млечного Пути, ведь инфракрасные телескопы позволяют заглянуть сквозь газопылевые облака и увидеть то, что недоступно обычным телескопам.

В 2004 году возраст нашей Галактики оценили в 13,6 миллиарда лет. Она возникла вскоре после Большого взрыва. Поначалу это был диффузный газовый пузырь, содержавший в основном водород и гелий. Со временем он превратился в громадную спиральную галактику, в которой мы сегодня живем.

Но как протекала эволюция нашей Галактики? Как она формировалась – медленно или, наоборот, очень быстро? Как она насыщалась тяжелыми элементами? Как менялись за миллиарды лет форма Млечного Пути и его химический состав? Подробные ответы на эти вопросы еще предстоит дать ученым.

Протяженность нашей Галактики составляет около 100 тысяч световых лет, а средняя толщина галактического диска – около 3000 световых лет (толщина выпуклой его части – балджа – достигает 16 тысяч световых лет). Впрочем, в 2008 году австралийский астроном Брайан Генслер, проанализировав результаты наблюдений за пульсарами, предположил, что, возможно, галактический диск вдвое толще, чем принято считать.

Велика или мала наша Галактика по космическим меркам? Для сравнения: протяженность туманности Андромеды, ближайшей к нам крупной галактики, составляет примерно 150 тысяч световых лет.

В конце 2008 года исследователи установили методами радиоастрономии, что Млечный Путь вращается быстрее, чем предполагалось. Судя по этому показателю, его масса примерно в полтора раза выше, чем принято было считать. По различным оценкам, она варьируется от 1,0 до 1,9 триллиона солнечных масс. Опять же для сравнения: массу туманности Андромеды оценивают самое меньшее в 1,2 триллиона солнечных масс.

Итак, Млечный Путь не уступает по размерам туманности Андромеды. «Нам не стоит больше относиться к нашей Галактике как к младшей сестре туманности Андромеды», – отмечает астроном Марк Рейд из Смитсоновского центра астрофизики при Гарвардском университете. В то же время, поскольку масса нашей Галактике больше, чем предполагалось, сила ее притяжения также выше, а значит, возрастает и вероятность ее столкновения с другими галактиками, располагающимися поблизости от нас.

Наша Галактика окружена шаровидным гало, достигающим в поперечнике 165 тысяч световых лет. Астрономы иногда называют гало «галактической атмосферой». Оно содержит примерно полторы сотни шаровых скоплений, а также небольшое количество древних звезд. Все остальное пространство гало заполнено разреженным газом, а также темным веществом. Массу последнего оценивают примерно в триллион солнечных масс.

В спиральных рукавах Млечного Пути содержится громадное количество водорода. Именно здесь продолжаются зарождаться звезды. Со временем молодые звезды покидают рукава галактик и «переселяются» в галактический диск. Впрочем, самые массивные и яркие звезды живут очень недолго, поэтому не успевают удалиться от места своего рождения. Неслучайно рукава нашей Галактики так ярко светятся. Большая же часть Млечного Пути состоит из небольших, не очень массивных звезд.

Центральная часть Млечного Пути находится в созвездии Стрельца. Эта область окружена темными газопылевыми облаками, за которыми невозможно ничего увидеть. Лишь начиная с 1950-х годов, используя средства радиоастрономии, ученым удалось постепенно разглядеть то, что таится там. В этой части Галактики был обнаружен мощный радиоисточник, получивший название Стрелец А*. Как показали наблюдения, здесь сосредоточена масса, превосходящая массу Солнца в несколько миллионов раз. Самым приемлемым объяснением этого факта может быть лишь одно: в центре нашей Галактики находится черная дыра. Сейчас она по какой-то причине устроила себе передышку и не проявляет особой активности. Приток вещества сюда очень скуден. Возможно, со временем у черной дыры пробудится аппетит. Тогда она вновь станет поглощать окружившую ее пелену газа и пыли, и Млечный Путь пополнит список активных галактик. Возможно, что перед этим в центре Галактики начнут бурно зарождаться звезды. Подобные процессы, может быть, регулярно повторяются.

В 2010 году американские астрономы с помощью Космического телескопа имени Ферми, предназначенного для наблюдения за источниками гамма-излучения, обнаружили в нашей Галактике две загадочные структуры – два громадных пузыря, которые испускают гамма-излучение. Диаметр каждого из них составляет в среднем 25 тысяч световых лет. Они разлетаются из центра Галактики в северном и южном направлениях. Возможно, речь идет о потоках частиц, которые испустила когда-то черная дыра, расположенная посредине Галактики. Другие исследователи полагают, что речь идет о газовых облаках, взорвавшихся при зарождении звезд.