Звездное небо издревле притягивало взгляды людей. Лучшие умы всех народов пытались осмыслить наше место во Вселенной, вообразить и обосновать ее устройство. Научный прогресс позволил перейти в деле изучения бескрайних просторов космоса от романтических и религиозных построений к логически выверенным теориям, базирующимся на многочисленном фактическом материале. Теперь любой школьник имеет представление о том, как выглядит наша Галактика согласно последним исследованиям, кто, почему и когда дал ей столь поэтичное название и каково ее предполагаемое будущее.
Происхождение названия
Выражение «галактика Млечный Путь», по сути, тавтология. Galactikos в примерном переводе с древнегреческого означает «молочный». Так жители Пелопоннеса звали скопление звезд в ночном небе, приписывая его происхождение вспыльчивой Гере: богиня не пожелала кормить Геракла, внебрачного сына Зевса, и в гневе разбрызгала грудное молоко. Капли и образовали звездную дорожку, видную в ясные ночи. Спустя столетия ученые открыли, что наблюдаемые светила — лишь ничтожная часть существующих небесных тел. Пространству Вселенной, в котором находится и наша планета, они дали название Галактика или система Млечный Путь. После подтверждения предположения о существовании и других схожих формирований в космосе первый термин стал для них универсальным.
Взгляд изнутри
Научные познания о структуре части Вселенной, включающей Солнечную систему, мало что взяли у древних греков. Понимание того, как выглядит наша Галактика, прошло эволюцию от сферического мироздания Аристотеля до современных теорий, в которых есть место черным дырам и темной материи.
Тот факт, что Земля — элемент системы Млечный Путь, накладывает определенные ограничения на тех, кто пытается выяснить, какую форму имеет наша Галактика. Для однозначного ответа на этот вопрос необходим взгляд со стороны, причем на большом расстоянии от объекта наблюдения. Сейчас наука лишена такой возможности. Своеобразным заменителем стороннего наблюдателя становится сбор данных о структуре Галактики и соотнесение их с параметрами других космических систем, доступных для изучения.
Собранные сведения позволяют с уверенностью говорить, что наша Галактика имеет форму диска с утолщением (балджем) в середине и расходящимися от центра спиральными рукавами. Последние содержат наиболее яркие звезды системы. Диаметр диска составляет более 100 тысяч световых лет.
Структура
Центр Галактики скрыт межзвездной пылью, затрудняющей изучение системы. Справиться с проблемой помогают методы радиоастрономии. Волны определенной длины легко преодолевают любые препятствия и позволяют получить столь желанное изображение. Наша Галактика, по полученным данным, имеет неоднородную структуру.
Условно можно выделить два связанных друг с другом элемента: гало и собственно диск. Первая подсистема обладает следующими характеристиками:
- по форме это сфера;
- центром ее считается балдж;
- наибольшая концентрация звезд в гало характерна для его срединной части, с приближением к краям плотность сильно уменьшается;
- вращение этой зоны галактики довольно медленное;
- в гало в основном встречаются старые звезды с относительно небольшой массой;
- значительное пространство подсистемы заполнено темной материей.
Галактический диск по плотности звезд сильно превышает гало. В рукавах встречаются молодые и даже только формирующиеся
Центр и ядро
«Сердце» Млечного Пути находится в Без его изучения тяжело понять до конца, какова наша Галактика. Название «ядро» в научных трудах либо относится только к центральной области диаметром всего несколько парсек, либо включает в себя балдж и газовое кольцо, считающееся местом зарождения звезд. Далее будет использоваться первый вариант термина.
В центр Млечного Пути с трудом проникает видимый свет: он сталкивается с большим количеством космической пыли, скрывающей то, как выглядит наша Галактика. Фото и изображения, сделанные в инфракрасном диапазоне, значительно расширяют познания астрономов о ядре.
Данные об особенностях излучения в центральной части Галактики натолкнули ученых на мысль, что в сердцевине ядра находится черная дыра. Ее масса более чем в 2,5 млн раз больше массы Солнца. Вокруг этого объекта, по мнению исследователей, вращается еще одна, но менее внушительная по своим параметрам, черная дыра. Современные знания об особенностях структуры космоса позволяют предположить, что подобные объекты находятся в центральной части большинства галактик.
Свет и тьма
Совместное влияние черных дыр на движение звезд вносит свои коррективы в то, как выглядит наша Галактика: оно приводит к специфическим изменениям орбит, нехарактерным для космических тел, например, вблизи Солнечной системы. Изучение этих траекторий и соотношения скоростей движения с удаленностью от центра Галактики легло в основу активно развивающейся сейчас теории о темной материи. Природа ее пока покрыта тайной. Присутствие темной материи, предположительно составляющей подавляющую часть всего вещества во Вселенной, регистрируется лишь по воздействию гравитации как раз на орбиты.
Если рассеять всю космическую пыль, что скрывает от нас ядро, взору откроется поразительна картина. Несмотря на концентрацию темной материи, эта часть Вселенной полна света, излучаемого огромным количеством звезд. На одну единицу пространства их здесь в сотни раз больше, чем вблизи Солнца. Примерно десять миллиардов из них образуют галактический бар, также называемый перемычкой, не совсем обычной формы.
Космический орешек
Изучение центра системы в длинноволновом диапазоне позволило получить подробное инфракрасное изображение. Наша Галактика, как оказалось, в ядре имеет структуру, напоминающую арахис в скорлупе. Этот «орешек» и есть перемычка, включающая в себя более 20 млн красных гигантов (ярких, но менее горячих звезд).
От концов бара расходятся спиральные рукава Млечного Пути.
Работа, связанная с обнаружением «арахиса» в центре звездной системы, не только пролила свет на то, какая наша Галактика по структуре, но и помогла понять, как она развивалась. Изначально в пространстве космоса существовал обычный диск, в котором со временем образовалась перемычка. Под влиянием внутренних процессов бар изменил свою форму и стал походить на орех.
Наш дом на космической карте
Активное происходит как в перемычке, так и в спиральных рукавах, которыми обладает наша Галактика. Название им дали по созвездиям, где были обнаружены участки ответвлений: рукава Персея, Лебедя, Центавра, Стрельца и Ориона. Вблизи последнего (на расстоянии не менее 28 тысяч световых лет от ядра) и находится Солнечная система. Эта область обладает определенными характеристиками, по мнению специалистов, сделавшими возможным возникновение жизни на Земле.
Галактика и наша Солнечная система вместе с ней вращаются. Закономерности движения отдельных составляющих при этом не совпадают. звезд временами то входит в состав спиральных ответвлений, то отделяется от них. Лишь светила, лежащие на границе коротационной окружности, не совершают подобные «путешествия». К ним относится и Солнце, защищенное от мощных процессов, постоянно протекающих в рукавах. Даже незначительное смещение свело бы на нет все остальные преимущества для развития организмов на нашей планете.
Небо в алмазах
Солнце - лишь одно из многих подобных тел, которыми полна наша Галактика. Звезды, одиночные или сгруппированные, общим числом превышают по последним данным 400 млрд. Ближайшая к нам Проксима Центавра входит в систему из трех звезд вместе с чуть более удаленными Альфой Центавра A и Альфой Центавра B. Самая яркая точка ночного неба, Сириус A, находится в Ее светимость по разным данным превышает солнечную в 17-23 раза. Сириус также не одинок, его сопровождает спутник, носящий аналогичное название, но с маркировкой B.
Дети часто начинают знакомиться с тем, как выглядит наша Галактика, с поиска на небе Полярной звезды или Альфы Малой Медведицы. Популярностью своей она обязана положению над Северным полюсом Земли. По светимости Полярная значительно превышает Сириус (почти в две тысячи раз ярче Солнца), но она не может оспаривать права Альфы Большого Пса на звание самой яркой из-за удаленности от Земли (по оценкам от 300 до 465 световых лет).
Типы светил
Звезды отличаются не только светимостью и удаленностью от наблюдателя. Каждой приписывается определенная величина (за единицу берется соответствующий параметр Солнца), степень нагрева поверхности, цвет.
Наиболее внушительными размерами обладают сверхгиганты. Самой большой концентрацией вещества в единице объема отличаются нейтронные звезды. Цветовая характеристика неразрывно связана с температурой:
- красные самые холодные;
- нагрев поверхности до 6 000º, как у Солнца, порождает желтый оттенок;
- белые и голубые светила обладают температурой более 10 000º.
Может меняться и достигать максимума незадолго до ее коллапса. Взрывы сверхновых вносят огромный вклад в понимание, как выглядит наша Галактика. Фото этого процесса, полученные телескопами, поражают.
Собранные на их основе данные помогли восстановить процесс, приведший к вспышке, и спрогнозировать судьбу ряда космических тел.
Будущее Млечного Пути
Наша Галактика и другие галактики постоянно находятся в движении и взаимодействуют. Астрономы установили, что Млечный Путь неоднократно поглощал соседей. Подобные процессы ожидаются и в будущем. Со временем в него войдут Магелланово Облако и еще ряд карликовых систем. Самое же внушительное событие ожидается через 3-5 млрд лет. Это будет столкновение с единственным соседом, который виден с Земли невооруженным глазом. В результате Млечный Путь станет эллиптической галактикой.
Бескрайние просторы космоса поражают воображение. Обывателю трудно осознать масштабность не только Млечного Пути или всей Вселенной, но даже Земли. Однако благодаря достижениям науки мы можем представить себе хотя бы приблизительно, частью какого грандиозного мира являемся.
Человечество не догадывалось очень долго. Те светлые пятна, что удавалось рассмотреть в несовершенные телескопы, даже в начале 20-го века, рассматривались как «туманности», и по мнению ученых не представляли особого интереса.
Однако техника не стоит на месте, и вскоре, у некоторых из этих «туманностей» стали замечать странности, а именно, обнаружено, что часть из светящихся объектов имеет спиральную форму. В таких «спиральных туманностях» из туманного ядра, более яркого к центру, выходят ветви, или рукава, закручивающиеся вокруг ядра по спирали подобно часовой пружине.
Как оказалось, «рукава» этих туманностей состоят из множества чрезвычайно слабых звезд. Туманность оказалась, как говорят, разрешенной на звезды . Стало ясно, что ближе к центру сплошное туманное сияние получается лишь вследствие слияния для нас в одну сплошную массу мириадов звезд, расположенных очень тесно.
Только тогда стало понятно, что перед нами не облака , светящееся отраженным светом, или , а чрезвычайно далекие звездные системы, возможно, являющиеся копиями нашей собственной.
Окончательно точка в вопросе была поставлена в 1944 году, когда удалось разрешить на звезды центральную часть спиральной туманности в Андромеде и обе небольшие туманности эллиптической формы расположенные по соседству.
Если до этого многие допускали, что эллиптические туманности и центральные части спиральных туманностей состоят не из звезд, а из газа или метеоритной пыли, то теперь сомнений не оставалось — перед нами были самые настоящие галактики.
Спектры подтверждают звездную природу этих спиральных туманностей-галактик. Это были спектры поглощения, очень похожие на спектр Солнца; они показывают, что большинство звезд в галактиках типа Андромеды - желтые звезды солнечного типа. По смещению темных линий в тих галактик были определены скорости их движения и выяснено, что движутся в космосе они как единое целое, со скоростью сотен километров в секунду.
Вскоре в новых галактиках были открыты и хорошо знакомые нам , и долгопериодические переменные, и яркие голубоватые звезды, а на краях спиральной туманности Андромеды, обнаружили шаровые звездные скопления — точь в точь такие же, как на «Млечном пути».
Спиральная галактика (туманность) Андромеды, или М31
Спиральная туманность Андромеды кажется больше и ярче всех потому, что она ближе всего к нашей Галактике. Расстояние до нее составляет «всего» 850 тысяч световых лет. Вот оно, это ближайшее расстояние! Свет ее, доходящий сейчас до нас, покинул туманность Андромеды в ту пору, когда на Земле не было еще человечества, но и тогда она выглядела так же, как выглядит сейчас.
Размер ее составляет около 50 тысяч световых лет по диаметру, но в направлении, перпендикулярном к плоскости ее наибольшего распространения, она во много раз тоньше - сильно сплющена. Сопоставляя вид туманностей, таких, как в Треугольнике (почти круглых внешних очертаний), в Андромеде (продолговатой или эллиптической) и в Деве (веретенообразной), мы должны заключить, что различие их вида определяется только ракурсом по отношению к нам.
Спиральная галактика (туманность) Треугольника, или М33
Дело в том, что галактика в туманности Треугольника лежит перед нами «плашмя», галактика в созвездии Андромеды своей плоскостью симметрии наклонена к нам, а галактика в созвездии Девы повернута к нам ребром.
Очевидно, что если сравнить эти звездные системы и нашу галактику, просто разложив их в ряд на воображаемом столе, они будут выглядеть практически копиями друг друга.
Все вновь открытые спиральные галактики вращаются вокруг своей короткой оси, перпендикулярной к плоскости их экватора. Однако есть у них и свои особенности.
Так, спиральная галактика в Андромеде во внешних своих частях вращается как твердое тело, например, колесо. Это означает, что внешние ее части, дающие мало света и содержащие, казалось бы, поэтому мало звезд, тем не менее имеют большую массу.
У галактики в созвездии Треугольника внутренние части, до расстояния в 3 тысячи световых лет от центра, также вращаются как твердое тело. А вот у «внешних» рукавов, наоборот, скорость вращения уменьшается очень быстро. Отсюда следует, что, в противоположность галактике, находящейся в Андромеде, здесь большая часть массы сосредоточена в центральном ядре. Масса эта составляет миллиард масс Солнца, как это устанавливается вычислением на основании наблюденной скорости вращения.
Звезды в пространстве группируются, как мы видим, в гигантские системы преимущественно спиральной формы.
Словно острова суши, плывут они в безбрежном океане вселенной. В некоторых местах, как, например, в созвездии Девы, галактики группируются в облака галактик - своеобразные архипелаги. В некоторых местах неба в телескоп или на фотографии можно насчитать больше далеких галактик, чем отдельных звезд находящихся нашем «Млечном пути»! И чем дальше мы устремляемся к границам непознанного, тем больше и больше новых звездных миров открывается нашему взору, и кажется, что движение это не кончится никогда.
Представления о размерах вселенной
А ведь было время, когда богословы исчисляли границу мира как расстояние до сферы неподвижных звезд в 700 тысяч километров! Это стало сомнительным уже после измерения расстояния до ближайшего небесного тела - Луны (385 тысяч километров). Еще дальше отодвинулись границы вселенной с определением расстояния Земли и планет от Солнца.
Измеренные потом расстояния до звезд превзошли самые щедрые оценки расстояния до границы мира, а теперь известны галактики, отстоящие от нас на сотни миллионов световых лет.
Несомненно, что когда удастся исследовать подробнее более далекие от нас галактики, среди них окажутся такие, которые не уступят нашей ни по размеру, ни по массе, а может быть, будут и больше, чем она.
Но, в конце концов, убедившись, что Земля не центр мира, что она не наибольшая из планет, что наше Солнце не самое большое, не самое яркое, не можем ли мы после всех этих ударов по нашему ложному самолюбию наконец «позволить себе роскошь» считать, что мы живем в одной из наибольших галактик, хотя и на ее краю?
Снова нет, потому что границы познания продолжают раздвигаться. Сейчас мы «видим» звездные миры отстоящие от нас на 600 миллионов световых лет. И это не предел расстояния — пока это только предел нашей техники.
Все видимые галактики, а также и великое множество других, более далеких, которые будут открыты гигантскими телескопами будущего, образуют великое скопление галактик, называемое Метагалактикой . Если галактики - острова вселенной, то Метагалактика - её огромнейший архипелаг. Что же будет когда мы дойдем со своими телескопами и до её границ?
Нельзя утверждать наверняка, но скорее всего, будут открыты другие Метагалактики, подобные нашей, и движению этому не будет конца.
Те, кто имеет немного представления о Вселенной, хорошо знает, что космос постоянно находится в движении. Вселенная с каждой секундой расширяется, становиться все больше и больше. Другое дело, что в масштабах человеческого восприятия мира, осознать размеры происходящего и представить структуру Вселенной достаточно трудно. Помимо нашей галактики, в которой расположено Солнце и находимся мы, существуют десятки, сотни других галактик. Точного количества далеких миров не знает никто. Сколько галактик во Вселенной, можно знать только приблизительно, создав математическую модель космоса.
Следовательно, учитывая размеры Вселенной, можно с легкостью допустить мысль, что в десятке, в сотне миллиардов световых лет от Земли, существуют миры, похожие на наш.
Пространство и миры, которые нас окружают
Наша галактика, получившая красивое название «Млечный путь», еще несколько веков назад, по мнению многих ученых, была центром мироздания. На деле оказалось, что это только часть Вселенной,и существуют другие галактики различных видов и размеров, большие и маленькие, одни дальше, другие ближе.
В космосе все объекты тесно взаимосвязаны, движутся в определенном порядке и занимают отведенное место. Известные нам планеты, хорошо знакомые звезды, черные дыры и сама наша Солнечная система располагаются в галактике Млечный путь. Название это не случайно. Еще древние астрономы, наблюдавшие ночное небо, сравнили окружающий нас космос с молочной дорожкой, где тысячи звезд похожи на капли молока. Галактика Млечный путь, небесные галактические объекты, находящиеся в нашем поле зрения, составляют ближайший космос. Что может находиться за пределами видимости телескопов, стало известно только в XX веке.
Последующие открытия, которые увеличили наш космос до размеров Метагалактики, натолкнули ученых на теорию о Большом взрыве. Грандиозный катаклизм произошел почти 15 млрд. лет назад и послужил толчком к началу процессов образования Вселенной. Одну стадию вещества сменяла другая. Из плотных облаков водорода и гелия стали формироваться первые зачатки Вселенной — протогалактики, состоящие из звезд. Все это происходило в далеком прошлом. Свет многих небесных светил, который мы можем наблюдать в сильнейшие телескопы, является лишь прощальным приветом. Миллионы звезд, если не миллиарды, усыпавшие наш небосклон, находятся в миллиарде световых лет от Земли, и давно прекратили свое существование.
Карта Вселенной: ближайшие и дальние соседи
Наша Солнечная система, прочие космические тела, наблюдаемые с Земли — это сравнительно молодые структурные образования и наши ближайшие соседи в огромной Вселенной. Долгое время ученые считали, что ближайшей к Млечному Пути являлась карликовая галактика Большое Магелланово облако, расположенная всего в 50 килопарсеках. Только совсем недавно стали известны реальные соседи нашей галактики. В созвездии Стрельца и в созвездии Большого Пса расположились маленькие карликовые галактики, масса которых в 200- 300 раз меньше массы Млечного пути, а расстояние до них составляет чуть более 30-40 тыс. световых лет.
Это одни из самых маленьких вселенских объектов. В таких галактиках количество звезд относительно небольшое (порядка нескольких миллиардов). Как правило, карликовые галактики постепенно сливаются или поглощаются более крупными образованиями. Скорость расширяющейся Вселенной, которая составляет 20-25 км/с, невольно приведет соседствующие галактики к столкновению. Когда это произойдет и чем обернется, мы можем только предполагать. Столкновение галактик происходит все это время, и в силу скоротечности нашего существования, наблюдать за происходящим не представляется возможным.
Андромеда, в два-три раза превышающая своими размерами нашу галактику, является одной из самых близких к нам галактик. Среди астрономов и астрофизиков она продолжает оставаться одной из самых популярных и располагается всего в 2,52 миллионах световых лет от Земли. Как и наша галактика, Андромеда входит в Местную группу галактик. Размер этого гигантского космического стадиона — три миллиона световых лет в поперечнике, а количество присутствующих в ней галактик насчитывается порядка 500. Однако даже такой гигант, как Андромеда, выглядит коротышкой в сравнении с галактикой IC 1101.
Эта самая большая во Вселенной спиралевидная галактика располагается в сотне с лишним миллионов световых лет от нас и имеет диаметр более 6 миллионов световых лет. Несмотря на то, что в ее состав входит 100 триллионов звезд, галактика в основном состоит из темной материи.
Астрофизические параметры и типы галактик
Первые исследования космоса, проведенные в начале XX века, дали обильную почву для размышлений. Обнаруженные в объектив телескопа космические туманности, которых со временем насчитали более тысячи, представляли собой интереснейшие объекты во Вселенной. Длительное время эти светлые пятна на ночном небе считались скоплениями газа, входящими в структуру нашей галактики. Эдвин Хаббл в 1924 году сумел измерить расстояние до скопления звезд, туманностей и сделал сенсационное открытие: эти туманности — ни что иное, как далекие спиралевидные галактики, самостоятельно странствующие в масштабах Вселенной.
Американский астроном впервые предположил, что наша Вселенная – это множество галактик. Исследования космоса в последней четверти XX века, наблюдения, сделанные с помощью космических аппаратов и техники, включая знаменитый телескоп Хаббл, подтвердили эти предположения. Космос безграничен и наш Млечный путь — далеко не самая крупная галактика во Вселенной и к тому же не является ее центром.
Только с появлением мощных технических средств наблюдения, Вселенная стала обретать четкие очертания. Ученые столкнулись с тем фактом, что даже такие огромные образования, какими являются галактики, могут отличаться по своей структуре и строению, форме и размерам.
Усилиями Эдвина Хаббла мир получил систематизированную классификацию галактик, делящую их на три типа:
- спиральные;
- эллиптические;
- неправильные.
Эллиптические галактики и спиральные являются самыми распространенными типами. К ним относятся наша галактика Млечный Путь, а также соседняя с нами галактика Андромеда и многие другие галактики во Вселенной.
Эллиптические галактики имеют форму эллипса и вытянуты в одном из направлений. Эти объекты лишены рукавов и часто меняют свою форму. По своим размерам эти объекты также отличаются друг от друга. В отличие от спиральных галактик, эти космические монстры не имеют четко выраженного центра. Ядро в таких структурах отсутствует.
По классификации такие галактики обозначаются латинской буквой E. Все на сегодняшний день известные эллиптические галактики разделены на подгруппы E0-E7. Распределение по подгруппам осуществляется в зависимости от конфигурации: от галактик почти круглой формы (E0, E1 и E2)до сильно растянутых объектов с индексами E6 и E7. Среди эллиптических галактик встречаются карлики и настоящие гиганты, имеющие диаметры в миллионы световых лет.
К спиральным галактикам относятся два подтипа:
- галактики, представленные в виде пересеченной спирали;
- нормальные спирали.
Первый подтип выделяется следующими особенностями. По форме такие галактики напоминают правильную спираль, однако в центре такой спиральной галактики находится перемычка (бар), дающая начало рукавам. Такие перемычки в галактике обычно являются следствием физических центробежных процессов, делящих ядро галактики на две части. Существуют галактики с двумя ядрами, тандем которых и составляет центральный диск. Когда ядра встречаются, перемычка исчезает и галактика становится нормальной, с одним центром. Существует перемычка и в нашей галактике Млечный путь, в одном из рукавов которой находится наша Солнечная система. От Солнца к центру галактики путь по современным оценкам составляет 27 тыс. световых лет. Толщина рукава Ориона Лебедя, в котором пребывает наше Солнце и вместе с ним наша планета, составляет 700 тыс. световых лет.
В соответствии с классификацией спиральные галактики обозначаются латинскими буквами Sb. В зависимости от подгруппы, существуют и другие обозначения спиральных галактик: Dba, Sba и Sbc. Разница между подгруппами определяется длиной бара, его формой и конфигурацией рукавов.
Спиральные галактики могут иметь различные размеры, начиная от 20 000 световых лет и до 100 тыс. световых лет в диаметре. Наша галактика «Млечный Путь» пребывает в «золотой серединке», своими размерами тяготея к галактикам средней величины.
Самый редкий тип — неправильные галактики. Эти вселенские объекты представляют собой крупные скопления звезд и туманностей, не имеющие четкой формы и структуры. В соответствии с классификацией они получили индексы Im и IO. Как правило, у структур первого типа диска нет или он слабо выражен. Нередко у таких галактик можно рассмотреть подобие рукавов. Галактики с индексами IO представляют собой хаотическое скопление звезд, облаков газа и темной материи. Яркими представителям такой группы галактик являются Большое и Малое Магелланово Облако.
Все галактики: правильные и неправильные, эллиптические и спиральные, состоят из триллионов звезд. Пространство между звездами с их планетарными системами заполнено темной материей или облаками космического газа и частицами пыли. В промежутках этих пустот находятся черные дыры, большие и малые, которые нарушают идиллию космического спокойствия.
Исходя из имеющейся классификации и по результатам исследований, можно с некоторой долей уверенности ответить на вопрос, сколько галактик во Вселенной и какого они типа. Больше всего во Вселенной спиральных галактик. Их более 55 % от общего количества всех вселенских объектов. Эллиптических галактик в два раза меньше — всего 22% от общего числа. Неправильных галактик, аналогичных Большому и Малому Магеллановым Облакам, во Вселенной только 5%. Одни галактики соседствуют с нами и находятся в поле зрения мощнейших телескопов. Другие находятся в самом дальнем пространстве, где преобладает темная материя и в объективе видна больше чернота бескрайнего космоса.
Галактики при близком осмотре
Все галактики относятся к определенным группам, которые в современной науке принято называть кластерами. Млечный Путь входит в один из таких кластеров, в котором присутствуют еще до 40 более-менее известных галактик. Сам кластер же является частью сверхскопления, более крупной группы галактик. Земля, вместе с Солнцем и Млечным Путем входит в сверхскопление Девы. Таков наш фактический космический адрес. Вместе с нашей галактикой в скоплении Девы существуют более двух тысяч других галактик, эллиптических, спиральных и неправильных.
Карта Вселенной, на которую сегодня ориентируются астрономы, дает представление о том, как выглядит Вселенная, каковая ее форма и структура. Все скопления собираются вокруг пустот или пузырей темной материи. Допускается мысль, что темная материя и пузыри также заполнены какими-то объектами. Возможно это антивещество, которое в противоположность законами физики, образует аналогичные структуры в другой системе координат.
Современное и будущее состояние галактик
Ученые считают, что составить общий потрет Вселенной невозможно. Мы располагаем визуальными и математическими данными о космосе, который находится в пределах нашего понимания. Реальные масштабы Вселенной представить невозможно. То, что мы видим в телескоп, является светом звезд, который идет к нам уже миллиарды лет. Возможно, реальная картина на сегодняшний день уже совершенно иная. Самые красивые галактики во Вселенной в результате космических катаклизмов уже могли превратиться в пустые и безобразные облака космической пыли и темной материи.
Нельзя исключать, что в далеком будущем, наша галактика столкнется с более крупной соседкой по Вселенной или проглотит карликовую галактику, существующую по соседству. Каковы будут последствия таких вселенских изменений, остается только гадать. Несмотря на то, что сближение галактик происходит со световой скоростью, земляне вряд ли станут свидетелями вселенской катастрофы. Математики подсчитали, что до рокового столкновения осталось чуть более трех миллиардов земных лет. Будет ли в то время существовать жизнь на нашей планете — вопрос.
В существование звезд, скоплений и галактик также могут вмешаться и другие силы. Черные дыры, которые пока известны человеку, в состоянии поглотить звезду. Где гарантия, что подобные чудовища огромных размеров, прячущиеся в темной материи и в пустотах космоса, не смогут поглотить галактику целиком.
Эллиптические и спиральные галактики
Галактики бывают двух видов: эллиптические и спиральные. Астрономы давно подозревали, что их сходства и различия вроде балджей (вздутий) в центре и наличия или отсутствия плоского диска звезд указывают на эволюцию галактик.
Эллиптическая галактика
Когда в 1920-х годах наука постановила, что некоторые размытые туманности, которыми усыпано небо, - это галактики за пределами нашей, астрономы взялись их классифицировать. Галактики бывают двух основных типов: гладкие, эллипсообразной формы, и с отчетливым спиральным рисунком. Они называются, соответственно, эллиптическими и спиральными. Эдвин Хаббл, американский астроном, который первым установил, что туманности находятся за пределами Млечного Пути, на огромных расстояниях, предположил, что галактики образуют последовательность, и дал им соответствующие названия. Его классификация используется до сих пор. Эллиптические галактики обозначают буквой Е и номером (от 0 до 7), который возрастает в зависимости от того, насколько галактика вытянута. Е0 - почти круглая галактика, Е7 больше напоминает сигару. В трех измерениях эллиптические галактики имеют форму мяча для регби.
Спиральная галактика
Спиральные галактики, по схеме Хаббла, обозначают буквой S и дополнительной буквой (a, b или c) в зависимости от того, насколько туго закручены их спиральные рукава. Галактика Sa - тугая спираль, а Sc - свободная. В трех измерениях спиральные галактики сплющены, как летающая тарелка или линза. Картина усложняется тем, что в некоторых спиральных галактиках есть прямой элемент, или перемычка, проходящая через внутренние области галактики.
Составляя карту неба, астрономы нашли множество близко лежащих пар галактик, которые явно взаимодействовали между собой. В самых наглядных случаях из обеих галактик взаимным тяготением вытягиваются длинные, как у головастиков, хвосты звезд, - как, например, в паре сталкивающихся галактик Антенны:
Другие галактики прокладывают себе путь прямо сквозь центр своей напарницы, поднимая облака звезд и дымящиеся кольца газа. Получающиеся возмущения зачастую порождают чрезвычайно яркое свечение, поскольку в клубящихся облаках газа формируются новые звезды. Эти молодые голубые звезды могут быть окутаны космической сажей, и некоторые их области от этого светят красным, подобно тому, как пыль делает ярче закат солнца на Земле. Слияние галактик - потрясающее зрелище. Тем не менее подробности строения галактик остаются неясными. Чтобы уничтожить огромный диск звезд и оставить голый эллиптический балдж, потребовалось бы катастрофическое столкновение, а, чтобы галактика образовала достаточных размеров диск, не разрушаясь, требуется постепенное мягкое приращение. Астрономы видят лишь немногие галактики в промежуточных состояниях, и истинная картина того, как именно галактики меняются через слияние, скорее всего, очень сложна.
В галактиках может содержаться от миллионов до триллионов звезд. Эллиптические галактики и балджи спиральных состоят в основном из старых красных звезд. Они движутся по произвольно наклоненным орбитам, тем самым создавая раздутую эллипсоидную форму галактики или балджа. Диски же спиральных галактик в основном состоят из молодых голубых звезд. Они сосредоточены в спиральных рукавах; при прохождении рукава сквозь газовое облако диска в нем запускается формирование звезд. Диски спиралей содержат огромное количество газа, особенно водорода. В эллиптических галактиках содержится очень мало газа, и поэтому новых звезд в них рождается меньше. В галактических же дисках была открыта темная материя. Края спиралей движутся слишком быстро, чтобы объяснить это лишь их массой в звездах и газе, а значит, присутствует еще какая-то форма материи. Она может существовать в форме экзотических частиц, которые трудно обнаружить, поскольку они редко вступают во взаимодействие, или в виде сжатых массивных объектов вроде черных дыр, незагоревшихся звезд или газовых планет. Темная материя образует сферический кокон вокруг галактики, который называется «гало галактики».
Одни и те же основные типы галактик существуют по всей Вселенной. Чтобы понять, как выглядит средний срез далекой Вселенной, в 1995 году космический телескоп «Хаббл» следил за небольшой полоской неба (шириной в 2,5 угловые минуты) в течение 10 дней. Орбитальная обсерватория позволила астрономам наблюдать космос намного глубже, чем это возможно через телескопы с Земли, и вид далеких галактик открылся нашим глазам. Свету нужно время, чтобы дойти до нас через космические пространства, и потому мы видели эти галактики такими, какими они были миллиарды лет назад. Поскольку было специально выбрано поле без звезд на переднем плане, почти все 3000 объектов в кадре - далекие галактики. Большинство из них можно классифицировать как эллиптические и спиральные, а значит, оба типа сформировались очень давно. Но неправильных и маленьких голубых галактик больше в далекой Вселенной, чем ближе к нам. Кроме того, 8–10 миллиардов лет назад звезды формировались в 10 раз быстрее, чем сейчас. Оба фактора заставляют предположить, что быстрый рост галактик в молодой Вселенной обусловлен более частыми их столкновениями.
Галактики группируются вместе, образуя скопления - самые большие элементы Вселенной, скрепляемые воедино силой тяготения. Эти массивные нагромождения из тысяч галактик содержат резервуары очень горячего газа и темной материи, разбросанные между членами скопления.
Скопления галактик удерживает вместе сила тяготения. Как звезды движутся по орбитам в галактиках, так и галактики движутся по траекториям вокруг центра масс скопления. Типичное большое скопление галактик имеет массу в миллион миллиардов раз больше Солнца. Само пространство, время искривляется от такого количества материи в столь малом объеме. По аналогии с резиновым полотном скопления лежат во вмятине, образованной их собственным весом. Но в нее падают не только галактики - в яме пространства-времени накапливается и газ. Скопления галактик полны горячего газа. Из-за его высокой температуры - миллионы градусов Цельсия - это море газа светится достаточно ярко, чтобы испускать рентгеновские лучи, которые можно обнаружить со спутников. Горячий газ называют межкластерным носителем информации. Похожим образом в гравитационном колодце скоплений собирается темная материя. Поскольку астрономы надеются увидеть темную материю в новой среде, за пределами отдельных галактик, они высматривают в скоплениях необычные знаки, которые помогут им понять, из чего состоит темная материя. Скопления можно нелестно представить, как космические свалки: они так велики, что в них падает что попало. Потому они и интересны космическим археологам. Более того, как самые крупные объекты, какие удерживает вместе сила тяготения, они должны, по идее, содержать обычную и темную материи в тех же пропорциях, что и во всей Вселенной. Если бы можно было посчитать массу всех скоплений, получилась бы приблизительная величина общей массы Вселенной.
Всего существует три главных типа галактик: спиральная, эллиптическая и неправильная. К первым относятся, например, Млечный Путь и Андромеда. В центре расположены объекты и черная дыра, вокруг которых вращается ореол звезд и темная материя. Из ядра ответвляются рукава. Спиральная форма образуется из-за того, что галактика не прекращает вращения. Многие представители обладают лишь одним рукавом, но у некоторых их можно насчитать три и больше.
Таблица характеристик основных видов галактик
Спиральные бывают с перемычкой и без. В первом типе центр пересекается плотным баром звезд. А у вторых подобного формирования не наблюдается.
В эллиптических галактиках проживают самые древние звезды и нет достаточного количества пыли и газа, чтобы создать молодые. Могут напоминать по форме круг, овал или же спиральный тип, но без рукавов.
Примерно четверть галактик представляют группу неправильных. Они меньше, чем спиральные и отображают порой причудливые формы. Их можно объяснить появлением новых звезд или же гравитационным контактом с соседней галактикой. Среди неправильных числятся .
Есть также много галактических подтипов: сейфертовские (спирали с быстрым движением), яркие эллиптические супергиганты (поглощают других), кольцевые (без ядра) и прочие.