Мир астрономии. Рассказы о Вселенной, звездах и галактиках - Мухин Лев Михайлович (читать полностью книгу без регистрации .TXT) 📗
Все это многообразие трудностей и нерешенных вопросов требует развития новых методов наблюдений. Более тридцати лет назад, выступая на Дарвиновских чтениях, Э. Хаббл сказал: «Что касается будущего, то можно проникнуть в пространство еще глубже, проследить красное смещение еще дальше назад во времени, но мы уже вступили в область уменьшения отдачи: инструменты будут стоить все дороже и дороже, а достижения возрастать все медленнее и медленнее… Но, возможно, позднее, когда военные ассигнования можно будет передать ученым, более счастливое поколение сможет возобновить наступление на пространство.
…Из нашего дома на Земле мы вглядываемся в даль, стараясь представить себе, каков мир, в котором мы были рождены. Сегодня мы уже далеко проникли в космическое пространство. Но чем больше расстояния, тем меньше мы знаем, и пока на едва различимой линии горизонта, среди едва уловимых ошибок наблюдений мы отыскиваем вряд ли более заметные, чем эти ошибки, „межевые столбы“. Но эти поиски будут продолжаться. Стремление к познанию старше истории. Оно безгранично и неодолимо». Слова эти не потеряли своей актуальности и сегодня.
Свойства галактик
Посмотрим теперь на некоторые свойства галактик, на их характерные особенности. Как мы уже говорили, Хаббл думал, что его камертонная диаграмма отражает эволюционный путь галактик. При этом он руководствовался гипотезой Джинса, согласно которой эллиптические галактики представляли собой гигантские газовые туманности. С течением времени туманность, охлаждаясь, сжималась и вращалась все быстрее, проходя последовательно все стадии от Е0 до Е7. При достижении определенной скорости вращения на экваторе туманности начиналось истечение материи в виде спиральных струй, в которых конденсировались звезды. Таким образом, туманность проходила весь путь по камертонной диаграмме, превращаясь в спиральные звездные системы.
Сегодня нам хорошо известно, что эллиптические образования во Вселенной не туманности, а звездные системы. Вопрос эволюции уже образовавшихся звездных систем — галактик заставляет нас обратить внимание и на их вращение, взаимодействие друг с другом, причины морфологических различий и т. д.
Одним из достаточно сложных и интересных вопросов является проблема очень широкого диапазона масс галактик. Для объяснения этой проблемы можно предположить, что определенную роль в образовании галактик играла не только газовая фрагментация, но и объединение, слияние первичных галактик. Однако вопрос о том, что образуется раньше: галактики или их скопления, непонятен до сих пор.
Галактика сомбреро.
Различия в морфологии галактик проявляются очень отчетливо. Многие имеют довольно выпуклую округлую форму, например, эллиптические. Такие галактики нередко концентрируются в богатых скоплениях, проявляя тягу к коллективизму. Для спиральных галактик характерно более индивидуальное поведение, они распределены во Вселенной более однородно и несколько шире распространены, чем галактики других типов. Какие причины могли привести к подобным различиям?
В качестве одного из возможных механизмов ученые рассматривают слияние галактик. Этот процесс был промоделирован на ЭВМ. Результаты оказались чрезвычайно интересными.
В процессе слияния двух галактик поначалу образуется объект совершенно неправильной формы. Но затем эти неправильности сглаживаются, и в результате образуется массивная галактика эллиптической формы. Процесс этот довольно быстрый (по космическим масштабам, конечно), он занимает «всего» несколько сотен миллионов лет. Можно думать, что эллиптические галактики — продукт столкновений протогалактик в скоплениях, а спирали образовались вне скоплений. Такова одна из возможных точек зрения.
Спиральная галактика NGS 891.
Интересно, что эллиптические галактики не бывают сильно сплюснуты. В экстремальных случаях у галактик класса Е7 сплюснутость достигает 3:1. Это, по всей видимости, связано с неустойчивостью вращающейся системы с большим значением сплюснутости. В результате такой неустойчивости может образоваться дискообразная структура, которая постепенно будет приобретать облик спиральной галактики. Подтверждением подобной точки зрения служит в известной мере наличие галактик класса S0. Это сильно уплощенные системы, занимающие промежуточное положение между спиральными и эллиптическими галактиками.
Когда мы говорили о процессе слияния галактик, мы упомянули лишь о численном машинном эксперименте, подтверждающем возможность подобного механизма. Однако природа обладает здесь куда более впечатляющими иллюстрациями. Хорошо известно, что в скоплениях галактик присутствуют иногда гигантские галактики, радиус которых достигает миллиона световых лет. Такие образования в 100 раз могут превышать по массе и светимости нашу собственную Галактику, которая, как мы знаем, сама относится к категории гигантских.
В скоплениях галактик присутствует, как правило, лишь один такой сверхгигантский компонент — галактика-монстр. Каково же ее происхождение?
Скажем прямо, механизм ее роста не совсем привлекателен с человеческой точки зрения, — это самый натуральный каннибализм. В чем же здесь дело? Поначалу галактика-каннибал лишь ненамного превышает по размерам соседние. Но по мере движения по спиральной траектории к центру скопления эта галактика заглатывает более мелкие системы. Мелкие галактики, обреченные на съедение галактикой-каннибалом, называют «миссионерами».
Конечно, подобные процессы наблюдаются не в каждом скоплении галактик. Иногда взаимодействие галактик может иметь характер лобового столкновения. При таком столкновении центральные области одной из галактик — участниц катастрофы — могут быть выброшены наружу. В результате образуется кольцевая структура, представляющая собой неустойчивую, короткоживущую систему. Астрономам известно несколько кольцевых галактик.
Здесь у читателя может возникнуть вполне уместный вопрос. Ведь хорошо известно, что галактики разлетаются друг от друга вследствие общего космологического расширения Вселенной. О каких же столкновениях может идти речь?
Ключ к пониманию этих процессов лежит в поведении, во взаимодействии отдельных частей гравитационно связанных систем. Наиболее наглядный пример в этом плане представляет собой наша Солнечная система, которая никак не реагирует на общее космологическое расширение. То же самое характерно и для звезд внутри нашей Галактики. Именно поэтому, если какие-то системы связаны гравитационно, они остаются в пространственной близости друг от друга.
Разумеется, закон всемирного тяготения описывает гравитационное взаимодействие на любых расстояниях. И в принципе любые системы во Вселенной гравитационно связаны между собой, в том числе и галактики, которые разбегаются друг от друга. Все дело в том, что в достаточно тесных, компактных по космическим масштабам образованиях, конечно, может существовать достаточно сильное гравитационное взаимодействие, определяющее собственную динамику поведения системы.
Так, например, наш Млечный Путь, Большое и Малое Магеллановы облака, Галактика Андромеды со своим спутником и ряд других небольших галактик-спутников образуют группу галактик, называемую Местной группой, или Местной системой галактик. (Небольшие группы галактик — обычное явление в космосе. Типичная группа может содержать несколько десятков галактик.)
Не только динамика взаимодействия галактик друг с другом заставляет вспомнить общее космологическое расширение. Существует еще одно немаловажное обстоятельство, связанное со строением галактик, которое может самым радикальным образом повлиять на характер расширения Вселенной. Что здесь имеется в виду?
