Галактики. Большой путеводитель по Вселенной - Джеймс Гич

эллиптические формы в результате незначительного слияния с небольшими системами в начале истории галактики. Классический балдж может затем приобрести диск путем аккреции свежего газа способом, описанным выше. Однако балджи могут расти и со временем, так как газ и звезды направляются и транспортируются в центр галактики через динамические неустойчивости, вызывающие потерю момента импульса. Достигнув высокой плотности, ядерное звездообразование может быть запущено с депозицией звездной массы в ядре и раздутием того, что называется псевдобалджем. Вполне вероятно, что галактические балджи образуются в результате и того, и другого процесса – в Рим ведет много дорог.

Шаги вперед

Поле эволюции галактик – одна из самых ярких иллюстраций мощи науки как инструмента для понимания мира. Мы начали с простого вопроса: что это за слабые туманности между звездами? У нас были идеи, правильные и неправильные, но именно простое, осторожное и тщательное наблюдение неба содержало ключ к осознанию того, что эти блики – внешние независимые звездные системы, отделенные от нас почти невероятным космическим пространством. Затем мы обнаружили, что существуют разные типы галактик и что они не статичны, а движутся относительно нас, удаляясь от Земли со скоростью, которая увеличивается с расстоянием. В замечательный период начала XX века само наше представление о Вселенной изменилось. Космос оказался намного больше и богаче, чем наши предки могли представить. Мы сделали огромный шаг вперед как вид.

Теперь, в начале XXI века, когда после тех первых шагов сменилось уже несколько поколений астрономов, мы значительно расширили эту картину, рассматривая галактики глубже, дальше и более детально. Мы сделали карты всего неба на разных длинах волн света, обнаружив миллионы галактик и отобразив их распределение по группам, филаментам и скоплениям (и даже скоплениям скоплений). Мы изобразили глубокие, хотя и маленькие участки неба, похожие на замочные скважины во времени, чтобы исследовать момент, когда Вселенная находилась в зачаточном состоянии, когда она составляла собой примерно десятую часть своего нынешнего размера, через полмиллиарда лет после Большого взрыва. Мы измерили, как галактики изменились за всю космическую историю, определили их химию, состав, форму и динамику и сформулировали это в единой теоретической модели, которая, как нам сейчас представляется, точно описывает крупномасштабную эволюцию Вселенной в целом.

И все же кажется, что мы только-только сделали первый шаг. В космосе так много всего, что нужно знать. Следующие два десятилетия станут свидетелями значительных достижений, которые превзойдут все, что мы узнали до сих пор, – как в результате проведения наблюдений, так и при построении теоретических моделей.

Следующее поколение телескопов разрабатывается и изготавливается с одной простой целью – видеть более четко, чем сейчас. Мы уже упоминали комплекс радиотелескопов ALMA, простирающийся на 16 км в пустыне Атакама, который позволит нам измерить химический состав и динамику холодных межзвездных сред, холодного газа и пыли в звездообразующих галактиках через космическое время. В результате наблюдений за молекулярным топливом, образовавшим все звезды, которые мы видим вокруг нас, атакамский комплекс дополнит «недостающее звено» эволюции галактик. Хотя сегодня уже существуют телескопы, которые позволяют нам обнаруживать газ в далеких галактиках, пока мы ограничены только самыми яркими галактиками – с наибольшим количеством газа. ALMA– это большой шаг вперед, который позволит обнаруживать газ в галактике, подобной Млечному Пути и видимой всего через несколько миллиардов лет после Большого взрыва. Перед нами – неизведанная территория для изучения эволюции галактик.

Одним из таких движущих науку инструментов станет и SKA (от англ. Square Kilometre Array – «[Антенная] решетка [площадью] в квадратный километр») – международный проект по созданию крупнейшего в мире радиоинтерферометра. SKA – радиотелескоп с площадью сбора в миллион квадратных метров, достаточно чувствительный, чтобы «обнаружить радиосигнал от радаров аэропорта на планете, удаленной на 50 световых лет». После завершения этот комплекс станет переломным моментом в радиоастрономии. Его строительство еще не закончено, но уже готовы два радиотелескопа, входящие в состав большого радиотелескопа Pathfinder («Следопыт»), – прототипы технологии SKA – MeerKAT и ASKAP, расположенные в Южной Африке и Австралии соответственно. Эти «следопыты»– самые мощные из когда-либо созданных радиотелескопов, способные обнаруживать почти каждую звездообразующую галактику и активное ядро галактики за почти половину истории Вселенной. Мы находимся на пороге сокровищницы с неисчислимыми богатствами.

В оптическом и ближнем инфракрасном диапазонах планируется построить чрезвычайно большие телескопы, которые смогут затмить самые большие из тех, что существуют сегодня, увеличив площадь сбора до гигантов с зеркалами диаметром 30–50 м. Эти громадные «световые ведра», чувствительность которых намного превзойдет все, с чем мы работали прежде, позволят нам обнаружить и измерить звезды в еще более отдаленных галактиках. Также будут проводиться новые «синоптические» съемки благодаря созданию Большого синоптического обзорного телескопа (англ. Large Synoptic Survey Telescope, LSST), который будет многократно снимать большую часть неба, не только выстраивая обширное и глубокое изображение, которое обнаружит миллионы галактик, но и создавая своеобразный фильм о Вселенной, куда каждый снимок будет добавлять еще один кадр. Это позволит Большому синоптическому обзорному телескопу вести охоту на сверхновые и другие преходящие явления, которые мерцают, по мере того как телескоп строит свое изображение Вселенной с большой выдержкой на протяжении десятилетия.

В космосе мы, как я надеюсь, увидим преемника космического телескопа «Хаббл» – космический телескоп «Вебб» (назван вчесть Джеймса Вебба– второго администратора NASA, важного члена миссии «Аполлон»). Размещенный в космосе в 1 млн км от Земли, он будет работать в ближней инфракрасной части спектра, собирая свет с помощью 6,5-метрового зеркала, составленного из мозаики сегментов, которые развернутся, как только телескоп окажется в космосе. Когда этот телескоп «откроет глаза»[5], он заглянет в темные века, обнаружив галактики близко к тому времени, когда засияли первые звезды. Будут отправлены и другие телескопы-спутники: «Гайя» уже отображает местоположения полумиллиарда звезд в нашей Галактике, а «Евклид» – будет обозревать все небо на близких к инфракрасным длинах волн, обнаружив при этом миллионы далеких звездообразующих галактик, статистическое распределение которых предоставит информацию о природе темной энергии. Астрономы постоянно придумывают новые эксперименты и миссии, некоторые из которых смогут осуществиться только десятилетия спустя. Судьба этих надежд зависит от наличия необходимых технологий, неустойчивых колебаний экономического климата, от международного сотрудничества, а также от политических и общественных настроений по отношению к инвестициям в науку.

Каждая панель сосредоточена на далекой галактике в пределах глубокого южного поля обзора телескопа «Чандра». Некоторые из этих галактик свидетельствуют о гравитационных взаимодействиях и слияниях с нарушенной морфологией и звездными потоками – обычный процесс эволюции галактик. Почти каждое пятнышко света на этих изображениях отражает излучение бесчисленных, даже более отдаленных галактик. Внегалактические астрономы используют такие глубокие