Звёздные системы

Введение

... человек не пресмыкаться должен по земле, а смотреть за её пределы.

А.Н.Радищев

Небо полночное звёзд мириадами
Взорам бессонным блестит.
Дивный венец его светит Плеядами,
Альдебараном горит.

Владимир Бенедиктов

Наибольшая часть видимой материи в Наблюдаемой области Вселенной сосредоточена в звёздах. Только звёзды светят своим собственным светом, а потому они видны нам даже на расстоянии многих миллиардов световых лет. Само понятие "Наблюдаемая область Вселенной" соответствует тому объёму пространства, в котором видны звёзды. Разумеется, раздельно наблюдаются только относительно близкие к нам звёзды - многие звёзды Нашей Галактики и очень яркие звёзды соседних галактик. Что же касается далёких звёзд, то их свет воспринимается совокупно - как единое "сияние" миллионов или миллиардов объектов подобного рода.

Кроме звёзд, мы знаем во Вселенной планеты с их спутниками, кометы, метеорные тела (пылинки) и другие компактные сгустки материи, но, во-первых, мы пока видим их только в пределах Нашей Солнечной системы, а, во-вторых, их суммарная масса относительно мала даже по сравнению с массой Солнца - единственной звезды в этой системе.

Ещё мы знаем во Вселенной разреженное газообразное вещество, так называемое межзвёздное вещество. Это горячий "корональный" газ в звёздных и галактических коронах, чуть менее горячий ионизованный газ, а также относительно холодные облака атомарного или же молекулярного водорода, в т.ч. глобулы и гигантские молекулярные облака, в которых рождаются звёзды. Но, во-первых, многие образования подобного рода видны лишь в тех случаях, когда освещены соседними звёздами или когда заметны на фоне светлых объектов в качестве тёмных силуэтов. Во-вторых, суммарная масса известного нам межзвёздного вещества всё же меньше суммарной массы звёзд. Правда, существует ещё так называемая "тёмная" материя, или "скрытая" масса, - вещество в ненаблюдаемой форме. Есть сведения, что "тёмная" материя присутствует почти везде, но, прежде всего, образует обширные гало вокруг наблюдаемой части звёздных скоплений. Такие гало вокруг гигантских звёздных систем, галактик, могут быть массивней остальной части этих галактик [Решетников, 2000]. Но мы эти гало не видим, а только чувствуем их влияние на движение звёзд. Поэтому можно утверждать, что в звёздах сосредоточена наибольшая часть видимой материи Вселенной. И поэтому изучение Вселенной, если не иметь ввиду её ближайшую область, т.е. Солнечную систему, - это, в основном, изучение звёзд и их объединений - звёздных систем. Звёздам как таковым посвящён предыдущий сводный конспект, который так и называется - "Конспект сведений о звёздах". А в данном сводном конспекте рассматриваются только звёздные системы. Планеты и другие мелкие компактные тела не рассматриваются, так как они рассмотрены ранее в сводном конспекте "Солнечная система" (опубликован в 2000 г. под названием "Новое о Солнечной системе"). Что же касается газообразного межзвёздного вещества и "тёмной" материи, то они, по возможности, упоминаются, если находятся в пределах тех или иных звёздных систем и если о них есть сведения.

Глава 1. Общие вопросы, связанные со звёздными системами

Что такое звёздные системы?

Звёздные системы - это любые группировки звёзд, гравитационно связанных между собой. Звёзды в этих системах, как правило, вращаются вокруг общего центра масс, хотя одновременно участвуют и в других движениях.

Такая связь между звёздами может быть прочной, и тогда звёздные системы принадлежат к числу длительно существующих образований (двойные и кратные звёзды, рассеянные и шаровые звёздные скопления, галактики). Если связь не столь прочна, то речь идёт о "рыхлых" образованиях, которые по астрономическим масштабам относительно быстро распадаются (звёздные цепочки, звёздные ассоциации и их агрегаты, звёздные комплексы, звёздные регионы). Звёзды в этом случае, сделав небольшое число оборотов вокруг общего центра масс (или только часть оборота) разлетаются в разные стороны, словно камни, выпущенные из пращи.

Как правило, звёзды в звёздных системах объединены также единством происхождения: образовались из одного и того же молекулярного облака или из группы взаимосвязанных облаков. Поэтому эти звёзды могут иметь почти одинаковый или сходный возраст, хотя в особенно больших звёздных системах (например, в галактиках) имеются и старые, и молодые звёзды, т.к. звездообразование в разных частях таких систем происходит в разное время. Кроме того, во многих звёздных системах (и особенно в "рыхлых") могут быть звёзды, которые "забрели" в данную систему позднее, случайно. Такие звёзды иногда старше тех систем, в которых они находятся. К подобным объектам принадлежит и наше Солнце, хотя имеются звёзды значительно старше его.

[Ссылки в этом и следующем подразделах не приводятся, т.к. материал подробно рассматривается ниже].

Некоторые общие свойства звёздных систем

Большие звёздные системы обычно имеют иерархическую структуру, т.е. состоят из звёздных систем меньшего масштаба. Так, например, в Нашей Галактике, наряду с одиночными звёздами вроде Солнца, имеются многочисленные двойные и кратные звёзды, а также звёздные скопления, которые тоже могут содержать двойные и кратные звёзды. А ещё в составе Нашей Галактики обычно выделяют звёздные регионы, а в их составе - звёздные комплексы, а в их составе - звёздные агрегаты (агрегаты ассоциаций), а в их составе - звёздные ассоциации. Даже системы кратных звёзд, как правило, организованы иерархически. Например, если такую систему составляют четыре звезды, то звёзды могут быть сближены попарно, в каждой паре вращение происходит вокруг общего центра масс, а эти два центра уже вращаются вокруг общего центра масс всей системы. В общем, звёздный мир сложным образом структуирован. Эти структуры и рассматриваются ниже.

Ещё хочется обратить внимание на частичное сходство в строении звёздных систем. В них во многих случаях имеются ядра и более разреженные внешние части. Эти разреженные внешние части иногда имеют сгущение в какой-то одной плоскости (в плоскости вращения), а потому можно говорить о диске и шарообразном гало. Так, например, звёзды Нашей Галактики в большинстве своём сосредоточены в чётко очерченном диске, к которому примыкает более объёмное и шарообразное гало, а центральная часть диска резко утолщена и образует ядро Галактики. В самом центре Галактики (в центре её ядра) находится гигантская чёрная дыра массой в 2.600.000 солнечных [Сурдин, 2002а], т.е. сгусток массы, напоминающий сгусток массы в центре Солнечной системы (Солнце) и в центре каждого атома (атомное ядро). А уже упоминавшиеся выше звёздные ассоциации ("рыхлые" образования из десятков тысяч звёзд) часто содержат в качестве ядра рассеянные звёздные скопления, и тогда сами ассоциации являются как бы "коронами" этих скоплений. Иногда в роли ядер ассоциаций выступают кратные системы из нескольких массивных звёзд. Бывает, что "ядро" и "корону" (или "ядро" и "гало") можно усмотреть даже в строении кратных звёзд - простейших звёздных систем из 3 - 4 звёзд. Так, например, тройные звёзды обычно состоят из тесной двойной звезды (главной пары) и их далёкого спутника, который вращается вокруг главной пары как единого целого.

Сходные части "демонстрирует" нам и Солнечная система, которая, конечно, не относится к звёздным системам, т.к. имеет в своём составе лишь одну звезду. Солнце и окружающие его девять больших планет образуют "ядро" Солнечной системы. Правда, это "ядро" сплюснуто в тонкий "диск", но само Солнце не столь сильно сплюснуто с полюсов, и можно считать, что аналог шарообразного ядра всё-таки имеется. К "ядру", т.е. к Планетной системе, снаружи примыкает сильно сплюснутая внутренняя часть облака Оорта, которую можно рассматривать в качестве диска Солнечной системы. Здесь "зародыши" комет движутся почти по круговым орбитам в плоскости Планетной системы. Далее располагается внешняя часть облака Оорта, где кометные "зародыши" перемещаются в любых плоскостях, т.е. можно говорить о шарообразности "гало" Солнечной системы. С Планетной системой схожи системы спутников планет-гигантов. В общем, законы, по которым формируются разные звёздные системы, до какой-то степени универсальны и применимы не только к ним.

Краткая история изучения звёздных систем

Нашу Галактику, т.е. Млечный Путь, люди знали с глубокой древности, хотя не понимали её звёздную природу. Тем не менее, некоторые мыслители (например, Демокрит) ещё в античные времена догадывались, что Млечный Путь состоит из множества отдельных звёзд, но доказано это было только в 1610 г. Галилеем.

В начале XVII века были описаны первые туманности, в т.ч. Большая Туманность Ориона (Н.Пейреск, 1612) и Туманность Андромеды (С.Мариус), а с начала 18 века последовало лавинообразное накопление сведений о подобных объектах: Эдмунд Галлей знал 6 туманностей (1714), В.Дерхэм - 16 (1733), Н.Лакайль - 42 (1755), Ш.Мессье и П.Мешена - 103 (1783), В.Гершель - 2500 (1818), Дж.Дрейер - 7840 (1888). Тем не менее, в течение трёх веков (XVII - XIX) все туманности считались сравнительно близкими объектами, которые связаны с формированием звёзд и планет [Сурдин, 1999]. Астрономы "выстраивали" их в морфологическую последовательность от аморфных до круглых со "сгустившейся новорожденной звездой" в центре. И планетарные туманности, и спиральные галактики рассматривались в одном ряду [Сурдин, 1999]. Понимание удалённости и звёздной природы (или даже галактической природы) большинства туманностей пришло позднее, и для этого потребовалось сначала изучить Нашу Галактику.

Идея о том, что Млечный Путь представляет собой диск, была высказана ещё в 1750 г. [Хокинг, 2000].

Систематическое изучение Нашей Галактики начато в 1770-х годах Вильямом Гершелем и продолжено в 1834 - 1838 годах его сыном Джоном. Оно основывалось на подсчёте числа звёзд на одинаковых участках неба по всем направлениям (метод "звёздных черпков") [Сурдин, 1999]. Существование галактического диска было подтверждено [Хокинг, 2000].

В 1783 г. Вильям Гершель открыл расхождение звёзд в созвездиях Лиры и Геркулеса, вследствие чего сделал вывод о движении Солнца в этом направлении [Дагаев, 1955]. Что же касается движения всех звёзд вокруг ядра Галактики, то оно было открыто только в 1927 году голландцем Оортом, хотя умозрительно такой вывод можно было сделать уже из работ Гершеля.

В том же 1783 г. Вильям Гершель обратил внимание на тёмные беззвёздные "провалы" на фоне Млечного Пути, но не догадался, что наблюдает межзвёздные облака, а посчитал их "дырами в небе", которые возникли в результате гравитационного скучивания звёзд [Сурдин, 1999]. Чуть позднее В.Я.Струве (1793 - 1864) предположил существование межзвёздного поглощения света, а Анджело Секки (1818 - 1878) посчитал "дыры в небе" тёмными газами на фоне звёзд, но справедливость этих предположений была доказана только через 50 - 100 лет [Сурдин, 1999].

Уже в 18 веке были высказаны некоторые верные натурфилософские догадки о форме и движении Млечного Пути (т.е. о Нашей Галактике), о звёздной природе эллиптических туманностей (т.е. о других галактиках), а также о существовании систем, состоящих из множества галактик [Сурдин, 1999в]. Эти идеи присутствуют в "Общей естественной истории и теории неба" (1755) Иммануила Канта, в "Теории Вселенной" (1750) Томаса Райта и в "Космологических письмах об устройстве Вселенной" (1761) Иоганна Ламберта. Но это были лишь натурфилософские догадки, и общепризнанными они стали не скоро.

Сначала Анджело Секки (1818 - 1878) с помощью спектроскопа установил различие между двумя типами туманностей, одни из которых потом оказались звёздными системами, а другие - газовыми облаками. Но только в 1917 г. В.Слайфер на Ловелловской обсерватории (США) пришёл к убеждению, что яркие туманности - это не "предки звёзд", а образования из множества уже существующих звёзд, которые видны слитно. Изучая спектры, он показал, что многие туманности движутся с огромными скоростями и не имеют отношения к околосолнечному пространству [Сурдин, 1999].

Тем не менее, открытие других галактик, как правило, ассоциируется с именем американца Эдвина Хаббла, который в 1924 г. измерил расстояние до них по видимой светимости звёзд с известной абсолютной светимостью. Тогда расстояние было измерено до 9 галактик [Хокинг, 1999], и окончательно выяснилось, что они находятся далеко за пределами нашей звёздной системы. Хабблу принадлежит также подразделение галактик на спиральные, эллиптические и неправильные [Решетников, 2003].

А в 1929 г., как это обычно считается, тот же Эдвин Хаббл открыл расширение Наблюдаемой Вселенной, т.е. разбегание галактик. Изучая их спектры, он обнаружил, что, во-первых, все они характеризуются красным смещением, т.е. галактики удаляются от нас, а, во-вторых, красное смещение тем больше, чем дальше от нас галактика, т.е. галактики удаляются не только от нас, но и в среднем каждая от каждой [Хокинг, 1999]. Закон Хаббла гласит, что скорость разлёта галактик, определённая по красному смещению спектральных линий, линейно зависит от расстояния до этих галактик [Смольников, 2001].

Примечательно, что результат Хаббла ещё в 1922 г. был предсказан русским физиком и математиком А.А.Фридманом на основании общей теории относительности Эйнштейна. Сам Эйнштейн в то время считал Вселенную статичной и ввёл "антигравитационную" силу, чтоб объяснить теоретические неувязки. Фридман "противопоставил" гравитации не какую-то постоянно действующую силу, а взрыв. По Фридману Вселенная расширяется и одинакова во всех направлениях [Хокинг, 2000].

Классификация звёздных систем

Звёздные системы можно классифицировать по размеру, устойчивости, структуированности и другим показателям. Выбор классификации зависит от поставленных задач. В данном случае мне удобно системы, состоящие из небольшого числа звёзд (2 - 6), противопоставить всем остальным системам, в которых насчитываются многие десятки, сотни, тысячи, миллионы или миллиарды звёзд.

Системы из такого небольшого числа звёзд называются двойными звёздами (если звёзд две) или кратными звёздами (если их от трёх и примерно до шести). Кратных звёзд из семи и большего числа компаньонов мы пока не знаем, хотя исключить их существование не можем. Принципиальная в нашем положении особенность двойных и кратных звёзд состоит в том, что мы можем изучить и понять движение каждого члена такой системы по отдельности. Мы в этом случае изучаем конкретные звёзды, а не обобщённые параметры звёздной системы. Поэтому двойные и кратные звёзды я, например, подробно (с примерами) рассматриваю в "Конспекте сведений о звёздах", а в данном конспекте только отмечаю ряд общих особенностей этих систем.

Что же касается "многозвёздных" систем, то именно они являются главными "героями" настоящего конспекта и описываются подробно.

Среди них мне удобно различать:
1. внутригалактические объекты (например, звёздные скопления);
2. галактики;
3. надгалактические образования (скопления и сверхскопления галактик).

Таким образом, в основу классификации "многозвёздных" систем кладётся масштаб системы, или, если хотите, её ранг в иерархии структур Вселенной. В качестве "основной" (или "опорной") структуры выбраны галактики. Это относительно стабильные структуры, которые изучены лучше других "многозвёздных" систем. Объём термина "галактика" почти одинаково понимается всеми астрономами (только шаровые скопления, если они расположены вне какой-либо типичной галактики, могут называться или не называться микрогалактиками). Галактики, наряду со звёздами, принадлежат к числу основных структур, которые мы наблюдаем во Вселенной. Крупные галактики видны с грандиозных расстояний, соизмеримых с размерами Наблюдаемой области Вселенной. К середине 1990-х годов астрономы могли наблюдать раздельно более миллиона галактик [Бернс, 1986]. Что же касается рассеянных и шаровых скоплений, а также звёздных ассоциаций и других "рыхлых" структур, то они видны лишь в пределах Нашей и ближайших галактик, причём здесь их по астрономическим масштабам не так уж много (сотни, тысячи). Если говорить о надгалактических образованиях, то скопления галактик тоже хорошо наблюдаются. В 1980-х годах Эйбелл обнаружил и внёс в каталог 2712 таких объектов [Бернс, 1986]. Но пока они изучены не так подробно. Что же касается сверхскоплений, то мы знаем лишь несколько подобных образований. Ещё одно обстоятельство, которое побуждает нас относить галактики к числу основных структур Вселенной, - это наше место во Вселенной: Солнце - одиночная звезда, которая не входит в состав стабильных внутригалактических звёздных систем, а непосредственно принадлежит Нашей Галактике. Если бы Солнце являлось компаньоном кратной звезды, или в составе небольшой звёздной группировки, какие открыты недавно [Вибе, 2003в], находилось во внегалактическом пространстве, или принадлежало шаровому скоплению, то у нас, вероятно, было бы другое мнение о том, какие из структур относить к основным.

Среди внутригалактических "многозвёздных" систем, наверное, нужно различать структуры относительно стабильные ("компактные") и относительно нестабильные ("рыхлые"). Среди первых особенно устойчивы и густо "заселены" звёздами шаровые скопления, а рассеянные скопления заметно уступают им по данным показателям. И те, и другие скопления непосредственно входят в состав галактик, т.е. не являются образованиями, соподчинёнными в иерархическом плане. Среди "рыхлых" структур, которые рассматриваются в данном конспекте, часто прослеживается иерархия: звёздные ассоциации могут образовывать агрегаты, агрегаты могут входить в состав звёздных комплексов, а последние иногда рассматриваются как части тех или иных звёздных регионов. Описанная картина усложняется тем, что многие рассеянные звёздные скопления (а также почти не изученные звёздные цепочки) являются ядрами звёздных ассоциаций, т.е. компактные структуры могут быть ядрами рыхлых структур, что говорит об их взаимосвязанности. Все эти структуры описываются в разделе "Наша Галактика как пример спиральной галактики", так как они изучены, главным образом, в пределах Нашей Галактики.

К числу внутригалактических структур (но не самостоятельных звёздных систем) принадлежат также крупные части спиральных галактик - гало, ядра, диски и их спиральные рукава. Они описываются в том же разделе.

Галактики принято подразделять на эллиптические, неправильные и спиральные. Эллиптические галактики видны в форме эллипса, но на самом деле они сферичны. Их яркость закономерно убывает по мере удаления от центра [Решетников, 2000]. От внегалактических шаровых скоплений, называемых микрогалактиками, они отличаются большой массой, а также сплюснутостью. Неправильные галактики не имеют какой-либо определённой формы. Их неправильность, или хаотичность, обычно трактуются как результат воздействия соседних звёздных систем, что привело рассогласованности в движении звёзд. Что же касается спиральных галактик, то они обладают центральным утолщением (ядром, балджем), напоминающим эллиптическую галактику, а также тонким диском, который немножко похож на кольца Сатурна. В плоскости этого диска расположены отходящие от ядра рукава, которые спирально отклоняются от радиального направления и представляют собой сгущения газа и звёзд волновой природы. Диск погружён в шарообразное гало - обширное, но разреженное. Неправильные галактики обычно не велики по размеру, а эллиптические и спиральные - могут быть гигантскими. К числу гигантских спиральных галактик принадлежит и Наша Галактика.

Среди надгалактических образований различаются, прежде всего, скопления галактик. По внешнему виду они напоминают галактики, хотя превосходят их по размеру на несколько порядков. Роль "звёзд" в этих гигантских структурах играют галактики. Скопления галактик, в свою очередь, иногда бывают сгруппированы по несколько, и тогда говорят о сверхскоплениях галактик.

Некоторые единицы измерения в астрономии

Звёздные системы обладают гигантскими размерами, и в разговоре о них потребуются особые единицы измерения линейных размеров - парсеки и световые годы. Поэтому сразу же придётся напомнить, как они соотносятся с "земными" единицами - километрами, а также с "околосолнечными" астрономическими единицами.

Километр мы хорошо представляем, так как проходим его пешком примерно за 10 минут. Диаметр Земли - около 13 тысяч км (если точно - 12 756). До Луны в среднем 384395 км, то есть примерно 30 земных диаметров.

Астрономическая единица (а.е.) - это среднее расстояние Земли от Солнца, или 149,5 миллионов километров (т.е. почти 150 миллионов километров, что запоминается чуть проще). Наиболее далёкая из больших планет - Плутон - отстоит от Солнца в среднем на 39,5 астрономических единиц, т.е. размер (диаметр) Нашей Планетной системы составляет почти 80 а.е. Ещё дальше от Солнца, примерно на 120-130 тысяч астрономических единиц, простирается "облако" Оорта, содержащее "зародыши" комет. Таким образом, диаметр Солнечной системы составляет порядка 250 тысяч а.е. Это почти соответствует расстоянию до ближайшей звёзды.

Световой год - это расстояние, которое свет проходит за один год. Напомню, что свет распространяется в вакууме со скоростью 299792,5 километра в секунду, т.е. примерно 300 тысяч километров в секунду. Поэтому за год он проходит 9460 миллиардов километров, или примерно 63 тысячи астрономических единиц. Земли солнечный свет достигает примерно за 8 минут; орбиты Плутона, т.е. границ Планетной системы, - за 5 с половиной часов; границ облака Оорта, т.е. границ Солнечной системы, - примерно за 2 года, а ближайшей звезды (Проксима Центавра) - за 4,2 года. Сразу же скажу, что диаметр Нашей Галактики составляет примерно 100 тысяч световых лет, а галактика в созвездии Андромеды, или Туманность Андромеды (ближайшая из галактик, похожих на нашу) удалена от нас на 1,6 миллиона световых лет. Что же касается границ Наблюдаемой области Вселенной, то их свет достигает примерно за 13 миллиардов световых лет. Это время примерно соответствует времени, прошедшему от первых мгновений Большого взрыва, который породил Наблюдаемую область Вселенной.

Парсек соответствует годичному параллаксу, равному одной секунде. Или другими словами, парсек - это расстояние, с которого радиус земной орбиты виден под углом в одну секунду. 1 парсек составляет 3,26 светового года, или 206265 астрономических единиц, или 30840 миллиардов километров. Измеряя расстояния до далёких объектов Вселенной, астрономы чаще пользуются парсеками или килопарсеками (1000 парсеков), но для непрофессионалов ощутимей выражение этих расстояний в световых годах.

Масса далёких звёздных объектов обычно измеряется в массах Солнца, которая составляет 330 тысяч земных масс. Что же касается массы Земли, то она составляет 5,98*10²¹ тонн. В других случаях мы тоже часто сравниваем астрономические объекты с Солнцем или Землёй.

Глава 2. Состав нашей и других галактик

На воздушном океане,
Без руля и без ветрил,
Тихо плавают в тумане
Хоры стройные светил;
Средь полей необозримых
В небе ходят без следа
Облаков неуловимых
Волокнистые стада.

М.Лермонтов.
Демон. 1841.

Состав нашей Галактики

Млечный Путь, или Наша Галактика, или просто Галактика (с большой буквы), - это звёздная система примерно из 150 миллиардов звёзд [Дагаев, 1955б], к числу которых принадлежит и наше Солнце. Все наблюдаемые невооружённым глазом отдельные звёзды - полноправные члены этой системы. К ней относятся и слитно воспринимаемые звёзды Млечного Пути, а также бесчисленные незвёздные объекты. Проще перечислить видимые с Земли в наших широтах небесные тела, не относящиеся непосредственно к Галактике, а входящие в состав Солнечной системы: Солнце, Венера, Луна, Марс, Юпитер, Сатурн, изредка врывающиеся в земную атмосферу метеоры да иногда появляющиеся кометы, а также искусственные спутники Земли, пересекающие небосвод в виде единичных "звёздочек". Настоящих же звёзд в ясную ночь из одной точки планеты видно около трёх тысяч. Таким образом, галактических объектов мы видим несоизмеримо больше, чем объектов Солнечной системы, которые тоже часть Галактики, и очень странно, что в большинстве своём люди знают Нашу Галактику несоизмеримо хуже, чем Солнечную систему. Поэтому анекдоты типа "Венера, Земля, Марс, Сникерс..." применительно к Галактике пока "не проходят", хотя невежество в этом отношении ещё более достойно анекдотов.

В состав Галактики, помимо одиночных звёзд вроде Солнца, входят звёздные системы тех или иных низших уровней: двойные и кратные звёзды, звёздные цепочки, рассеянные и шаровые скопления, звёздные ассоциации, агрегаты ассоциаций, звёздные комплексы, звёздные регионы... Причём объектов всех перечисленных типов очень много. Так, например, к середине XX века в Нашей Галактике было известно более 500 рассеянных скоплений и 96 шаровых скоплений [Дагаев, 1955б]. Известны в Галактике и многочисленные незвёздные объекты: светлые и тёмные диффузные туманности, гигантские молекулярные облака, глобулы, планетарные туманности и т.д.

Кроме того, Нашу Галактику образуют очень большие структуры - ядро, диск со спиральными ветвями, гало. Это основные части Нашей Галактики, и они подробно рассматриваются ниже в главе о её строении. Тем не менее, чтоб читатель с самого начала понимал, где именно находятся те или иные внутригалактические объекты, придётся в общих чертах описать строение Галактики уже в этом разделе.

Наша Галактика в первом приближении шаровидна, но больше всего звёзд сосредоточено вблизи одной плоскости. Это образование называется диском Галактики и противопоставляется её более объёмной и шарообразной части, именуемой гало. Диск примерно в 1000 раз тоньше, чем гало, но звёзд содержит больше. В диске звёзды распределены тоже неравномерно. Центральная часть диска сильно утолщена и образует почти шарообразное или чуть приплюснутое с полюсов ядро (балдж), где звёзд особенно много. Средняя звёздная плотность здесь в 100 раз больше, чем вблизи Солнца, которое находится в диске примерно на одинаковом удалении от центра Галактики и от её края. Кроме того, звёзд чуть больше в отходящих от ядра четырёх спиральных рукавах, или ветвях. Солнце находится вблизи одного из таких рукавов, но всё-таки не в нём. Вне центральной плоскости, т.е. в гало, как читатель уже понял, звёзд особенно мало, причём концентрация их равномерно падает по мере удаления от ядра. Все галактические объекты - звёзды, звёздные скопления, газовые облака - вращаются вокруг центра Галактики, хотя одновременно могут участвовать и в других движениях (например, вращаться вокруг местных притягивающих центров, падать на эти центры или взрывообразно разлетаться во все стороны, покидая те или иные структуры). Звёзды в диске, как правило, вращаются по примерно круговым орбитам, причём в одну и ту же сторону (исключения есть, но их мало), т.е. можно сказать, что Галактика в первом приближении вращается вокруг своей оси. Одновременно с этим происходит падение объектов на галактический диск, пролёт сквозь него и отлёт от него, т.е. круговое вращение оказывается неравномерным (из-за очень большой массы галактического диска).

Такие галактики с диском и спиральными рукавами называются спиральными галактиками. Они относятся к числу гигантских объектов подобного рода.

Состав Нашей Галактики изучен лучше, чем состав других галактик. Поэтому внутригалактические звёздные системы рассматриваются в данном конспекте, в основном, на примере Нашей Галактики, но для полноты картины привлекаются соответствующие данные по другим галактикам.

Одиночные звёзды

Одиночные звёзды вроде нашего Солнца не принадлежат к числу звёздных систем, хотя могут быть центрами планетных систем. Они упоминаются в данном конспекте, главным образом, для того, чтобы можно было противопоставить им системы из двух, трёх и большего числа звёзд, т.е. двойные и кратные звёзды. Мы до сих пор точно не знаем, сколько одиночных звёзд в Нашей Галактике. Иногда считается, что в галактическом диске их не более 30% [Сурдин, 1999] или не более 20% всех звёзд [Звёзды не любят одиночества, 1991]. Значит, преобладают отнюдь не "одиночки" вроде Солнца, хотя их тоже очень много. В галактическом гало доля звёзд-одиночек может оказаться чуть больше, но это лишь предположение [Сурдин, 1999].

Двойные и кратные звёзды

Большинство звёзд Нашей Галактики не одиночны, а сгруппированы в системы из нескольких "компаньонов". Звёзды в таких системам, как правило, имеют одинаковый возраст, т.е. они связаны единством происхождения и объединены изначально. Они вместе родились, а не случайно встретились в галактическом пространстве [Сурдин, 1999].

Двойные звёзды, а точнее звёзды, входящие в состав этих простейших звёздных систем, составляют около половины всех звёзд Галактики. Размер таких систем колеблется от 1 тысячи километров (нескольких диаметров типичной звезды) до порядка 10 триллионов километров (1 световой год) [Сурдин, 2000а]. В другой своей публикации тот же автор приводит несколько меньшие максимальные размеры - 0,3 световых года [Сурдин, 1999], но это допустимое в подобных вопросах округление - до порядка. Если говорить об устойчивости систем двойных звёзд, то считается, что под действием пролетающих мимо звёзд изначально далёкие друг от друга компоненты двойных систем расходятся ещё дальше, а изначально близкие - сближаются и в конце концов сливаются, но, конечно, это очень длительный процесс [Сурдин, 2001а].

В диске Галактики при повышении кратности на единицу число систем уменьшается примерно в 4 раза [Сурдин, 1999]. Это означает, что двойные системы составляют примерно 75% всех подобных систем, тройные - чуть менее 20%, четверные - примерно 5%, пятерные - 1,2%, шестерные - 0,3%.

Тройные звёзды, как правило, состоят из тесной двойной звезды (главной пары) и их далёкого спутника, который вращается вокруг главной пары, как вокруг единого тела. В этом проявляется и принцип иерархичности звёздных систем, и принцип наличия у них массивного ядра и разреженной "окраины".

Системы из четырёх звёзд для устойчивости тоже нуждается в иерархическом строении. Это могут быть либо две тесные пары, удалённые одна от другой на большое расстояние, либо трёхуровневая система (далёкий спутник вращается вокруг "ядра" из трёх звёзд, из которых две образуют очень тесную пару, а третья заметно отстоит от них). Примеры, иллюстрирующие эти и другие случаи, приведены в сводном конспекте о звёздах.

Пяти и шестикратные звёзды встречаются редко, а звёзд большей кратности пока не найдено. Вероятно, чем больше звёзд в кратной системе, тем она менее устойчива и нуждается в особенно жёстком структуировании. Структуирование же приводит к наличию многих уровней и резко увеличивает размер системы: всегда имеются очень далёкие спутники, которые рано или поздно покидают систему при гравитационном контакте с другими объектами Галактики.

Кратные системы бывают и неустойчивыми, без чёткой иерархичности, но в этом случае они состоят из очень молодых O- и B-звёзд [Дагаев, 1955а]. Звёзды в таких системах беспорядочно обменивают ся энергией, и система в скором времени должна распасться [Сурдин, 2001а]. Значит, кратных систем образуется больше, чем "выживает". Естественный отбор в своей примитивной форме присущ и неживой материи [Ю.Н.]. "Выживает" лишь то, что в силу случайных причин оказалось устойчивым (в данном случае - иерархически структуированным и в то же время не очень "рыхлым", не очень большим по размеру).

Вокруг некоторых кратных систем из массивных звёзд иногда наблюдаются "облачка" не столь ярких звёзд, которые могли быть потеряны данной кратной системой [Сурдин, 1999].

Максимальный известный размер двойных и т.п. систем - 0,3 световых года, а средний размер во много раз меньше [Сурдин, 1999]. Примечательно, что размер рассеянных скоплений, т.е. самых маленьких "многозвёздных" систем, колеблется от 7 до 60 световых лет. Значит, самая большая кратная система примерно в 20 раз меньше самого маленького рассеянного скопления. В этой связи возникает натурфилософский вопрос: а что же между ними? Какое промежуточное звено? Или никакого? Конечно, мы можем не знать самую крупную кратную систему и самое маленькое рассеянное скопление, т.к. объекты подобного рода уникальны, их трудно найти. Но в любом случае "зазор" между уровнями организации материи останется, так как редкость промежуточных звеньев - это уже признак "зазора". Именно поэтому я выше в "Общих вопросах" противопоставил кратные системы всем остальным, которые назвал "многозвёздными". В пределах Нашей Галактики принципиальное различие между этими двумя группами систем существует объективно. Природа каким-то образом отделяет один уровень организации материи от другого и строит из этих уровней многоуровневую систему. Такой иерархический принцип структуированности вещества реализован везде в пределах Наблюдаемой области Вселенной.

Но давайте вникнем, почему не могут существовать кратные системы много более 1 светового года и рассеянные скопления много менее 7 световых лет. Если расстояние между звёздами в кратной системе больше 1 светового года, система должна разрушаться под действием приливных сил при пролёте вблизи других звёзд [Сурдин, 2001а]. Но, если бы имело значение только приливное разрушение, расстояние между недавно родившимися массивными двойными и кратными звёздами могло быть и больше, чего не наблюдается. Значит, ограничение на размер двойных и кратных систем накладывается и механизмом их формирования [Сурдин, 1999]. Что же касается рассеянных скоплений, то звёзды в них вращаются вокруг общего центра масс. Это означает, что суммарная масса должна быть довольно большой, чтоб противостоять тем же "приливным ударам" (в данном случае - со стороны гигантских молекулярных облаков), т.е. звёзд в скоплении должно быть во много раз более 7 (многие десятки, сотни или даже тысячи). Но, если звёзд так много, они вряд ли могут образовать устойчивую многоуровневую систему: случайные гравитационные взаимодействия будут выводить систему из равновесия. Значит, двигаться звёзды будут в первом приближении вокруг общего центра масс, а в остальном - хаотично, подчиняясь влиянию случайных соседей [Сурдин, 2001а]. Если средние расстояния между такими "неорганизованными" звёздами малы, то они будут слишком сильно и часто взаимодействовать друг с другом, что будет приводить к выбрасыванию звёзд из системы. Значит, подобная система должна быть довольно "разреженной", "рыхлой", чем и обусловлен её большой минимальный размер [Ю.Н.].

Если "всматриваться" в двойные и кратные системы "глазами" натурфилософа, можно заметить, что максимальный размер этих систем определяется свойствами Галактики, а конкретно - приливным воздействием гигантских молекулярных облаков и свойствами среды, формирующей звёзды (см. выше). Но если бы такие системы могли возникать вне галактик (где, например, нет гигантских молекулярных облаков) или в галактиках с другими свойствами (где, например, молекулярные облака в среднем гораздо меньше), то, вероятно, они могли бы иметь в своём составе не только от двух до шести, но и значительно больше звёзд. Тогда чёткая разница между аналогами кратных систем и аналогами рассеянных скоплений могла бы и потеряться. Значит, иерархические уровни, наблюдаемые в Галактике, не являются абсолютными. Они имеются только здесь (или везде, где среда обладает сходными свойствами). Что же касается участков Вселенной с другими свойствами, то в каких-то из них мы могли бы обнаружить все переходные звенья между привычными для нас уровнями организации материи. Какие-то из этих "переходных звеньев", может быть, даже оказались бы там типичными структурами [Ю.Н.]. Ещё в более общем виде эту идею можно сформулировать следующим образом: не существует абсолютно фундаментальных законов природы. Все законы применимы лишь для какой-то ограниченной части бесконечной Вселенной. Так, например, некоторые законы, которые сейчас считаются фундаментальными, на самом деле могут быть применимы лишь в пределах Наблюдаемой области Вселенной. Впрочем, эти рассуждения уже выходят за рамки астрономии.

Звёздные цепочки

Звёздные цепочки - это не до конца изученные и неустойчивые образования, которые иногда наблюдаются в центре звёздных ассоциаций (см. ниже) и как бы выполняют роль их ядер. При инфракрасном изучении волокнистого строения некоторых светлых диффузных газопылевых туманностей (см. ниже) выяснилось, что звёздные цепочки иногда имеются на концах волокон, т.е. на концах волокнистых сгущений газа и пыли [Дагаев, 1955б]. Возможно, в этом и состоит объяснение происхождения этих структур: возникновение звёзд из газа, "скрученного" в волокна.

Рассеянные звёздные скопления

В рассеянные и шаровые скопления входят не более 0,1% звёзд Галактики, и всё же звёздные скопления исключительно важны для понимания галактических процессов [Сурдин, 2001а].

Рассеянные звёздные скопления обычно содержат от нескольких сотен до нескольких тысяч звёзд [Ефремов, 2004]. Их контуры разнообразны и не очень чётко различимы. Почти каждая звезда таких звёздных систем в телескоп видна по отдельности. Размер систем, как уже говорилось, - от 7 до 60 световых лет, чаще всего - 15 - 17 световых лет [Дагаев, 1955а]; по более поздним данным [по Ю.Н.Ефремову - Сурдин, 1999] - в среднем 13 световых лет, или 4 парсека. В более поздней публикации Ю.Н.Ефремов [2004] указывает, что размеры скоплений никогда не бывают больше 20 парсеков и обычно составляют около 1 парсека. Таким образом, рассеянные звёздные скопления в среднем в 10 - 40 раз больше по линейным размерам, чем самая большая из известных двойных систем, что говорит о принципиальной разнице между этими объектами [Ю.Н.].

Масса рассеянных скоплений измерена лишь в нескольких случаях и оказалась в интервале от 100 солнечных до 10 тысяч солнечных, в среднем 1 тысяча солнечных [Сурдин, 1999].

В Нашей Галактике к середине и к концу XX века было известно свыше 500 рассеянных скоплений, причём некоторые из них сравнительно близки к нам и заметны невооружённым глазом: Гиады, Плеяды, Ясли, Хи и Ха Персея [Дагаев, 1955а; Сурдин, 2001а] (см. каталог интересных звёздных систем Нашей Галактики). Эти 500 скоплений изучены детально (Линга, 1987) [Сурдин, 1999]. Полное их количество в Галактике должно быть около 100 тысяч, но мы не можем разглядеть большинство из них, так как они находятся в диске (в плоскости Галактики), т.е. там же, где и Солнечная система [Сурдин, 2001а].

Звёздный состав рассеянных скоплений различен (только из молодых звёзд, только из жёлтых и красных и т.д.). Чем в среднем горячее звёзды в скоплении, тем скопление компактнее и моложе. Чем массивнее скопление, тем дольше оно может жить в качестве единого целого. Поэтому маленькие 20 - 50-звёздные скопления состоят, в основном, из молодых O-звёзд (O-скопления), а в скоплениях из сотен звёзд могут преобладать A-звёзды (A-скопления) [Дагаев, 1955а].

Различия в скоростях звёзд в рассеянных звёздных скоплениях не превышают 1 км/сек, что говорит об их гравитационной связанности [Ефремов, 2004]. Звёзды в рассеянных скоплениях вращаются вокруг общего центра масс, но постепенно одна за другой покидают скопление и "обретают самостоятельность". Разрушению скоплений способствует и пролёт их вблизи гигантских молекулярных облаков (за счёт приливного воздействия). Тем не менее, большинству наблюдаемых рассеянных скоплений предстоит ещё несколько миллиардов лет существовать в качестве единого целого [Дагаев, 1955а].

Возраст изученных скоплений колеблется от миллиона до 10 - 12 миллиардов лет, но преобладают молодые объекты возрастом 300 миллионов лет (среди изученных пятисот только пятьдесят старше 1 миллиарда лет) [Сурдин, 1999, 2001]. Самые молодые скопления (до 10 миллионов лет) погружены в родительское газопылевое облако и, в основном, сосредоточены в спиральных рукавах галактического диска. Скопления старше 30 миллионов лет уже практически не связаны с газом. А самые старые скопления (8 - 12 миллиардов лет) населяют внешнюю часть диска Галактики (чуть "выше" или чуть "ниже" основной части диска), где нет гигантских газовых облаков, разрушающих скопления приливными ударами во время сближений с ними. Мы видим, что среди старых скоплений сохранились только самые массивные и только там, где нет гигантских молекулярных облаков (эти скопления, вращаясь вокруг центра Галактики, лишь пересекали диск, а не "жили" в нём). Такие рассеянные скопления по массе и химическому составу приближаются к шаровым. Мы видим, что ограничение на размер и время жизни скоплений накладывается не только случайным "ускользанием" звёзд, но и приливным влиянием гигантских молекулярных облаков [Сурдин, 1999, 2001].

У рассеянных скоплений относительно недавно обнаружены статистически выявляемые звёздные гало, т.е. эти скопления по массе примерно в 2 раза больше, чем думали до этого [Сурдин, 1990]. Разговор об этих гало можно будет продолжить, описывая звёздные ассоциации.

Так как заведомо большая часть газа при звездообразовании рассеивается в пространстве, не вполне понятно, почему звёздные скопления оказываются гравитационно связанными. Ю.Н.Ефремов и Б.Эльмегрин [Elmegreen, Efremof, 1995 - цит. по: Ефремов, 2004] предположили, что рассеиванию газа в некоторых случаях препятствует высокое давление окружающего газа. Именно в этом случае образуются скопления, а не рассматриваемые ниже ассоциации гравитационно не связанных звёзд.

Шаровые звёздные скопления и микрогалактики

В шаровых скоплениях содержатся сотни тысяч или миллионы звёзд [Кинг, 1985]. Размер скоплений варьирует от 130 до 300 световых лет [Дагаев, 1955а], или, по другому источнику, от 30 до 1600 световых лет [Сурдин, 2001], но обычно не превышает 150 световых лет [Кинг, 1985]. В среднем он составляет 100 световых лет, или 30 парсеков [Ю.Н.Ефремов - Сурдин, 1999]. Это означает, что по линейным размерам среднее шаровое скопление в 7,5 раз (или округлим - примерно в 10 раз) больше среднего рассеянного скопления.

Шаровые скопления хорошо отличаются от рассеянных массивностью, большим возрастом, приуроченностью к гало (а не к диску), низкой металличностью и другими характеристиками, хотя в недавние годы найдены промежуточные скопления [Сурдин, 1999].

Контуры Нашей галактики впервые были "нащупаны" Шэппи в 1918 г., причём сделано это было по шаровым скоплениям [Кинг, 1985]. В Нашей Галактике к середине XX века было известно 96 шаровых скоплений [Дагаев, 1955а], к концу века - около 150, а всего их в Галактике порядка 180 [Сурдин, 1999, 2001], но ни одно из них не находится вблизи нас: их особенно много вблизи галактического ядра, есть они в гало и на значительном удалении от ядра, причём их концентрация убывает по мере удаления от центра Галактики. Невооружённым глазом они не видны, звёзды в их центре не видны по отдельности даже в телескопы [Дагаев, 1955а].

В шаровых скоплениях обнаружены короткопериодические цефеиды, т.е. "маяки Вселенной" - звёзды с легко определяемым расстоянием до них, а потому расстояние до этих скоплений определено очень точно [Дагаев, 1955а]. Это позволило относительно точно узнать и многие другие параметры.

Масса большинства шаровых скоплений заключается в интервале от 10 тысяч до 2 миллионов солнечных, хотя в нескольких случаях она оценена в 1000 солнечных [Сурдин, 1999, 2001].

Возраст шаровых скоплений Нашей Галактики составляет 10 - 13 млрд лет [Ефремов, 2004], т.е. близок к хаббловскому возрасту Вселенной (по последним данным это порядка 13,7 миллиардов лет, хотя ранее приводилась цифра чуть больше). Поэтому считается, что эпоха формирования шаровых скоплений предшествовала эпохе формирования Галактики как звёздной системы или совпадала с ней [Сурдин, 1999]. Во всяком случае шаровые скопления возникли задолго до того, как галактический диск принял окончательную форму, сконцентрировал в себе наибольшую часть вещества Галактики и стал основным центром звездообразования [Мэтьюсн, 1985].

Об этом же говорит бедный химический (элементный) состав шаровых скоплений - почти только водород и гелий, характерные для звёзд первого поколения, возникших из протогалактического облака. Значит, шаровые скопления образованы очень старыми звёздами [Кинг, 1985; Сурдин, 1999]. Возникли они тогда, когда более тяжёлые элементы, возникающие в звёздах и попадающие в межзвёздную среду при взрывах сверхновых звёзд, ещё не накопились в этой среде [Сурдин, 1999]. Тем не менее, относительно недавно было сообщение об обнаружении в скоплении NGC 6752 у 18 карликовых звёзд больших различий в химическом составе. Сделан вывод, что некоторые карлики "позаимствовали" тяжёлые элементы и вообще 10 - 30% вещества у взорвавшихся сверхновых. Вне шаровых скоплений звёзды расположены дальше одна от другой, и такое поглощение "космической грязи" не наблюдалось [Из какого "сора" родятся звёзды, 2002].

"Наши" шаровые скопления, как уже говорилось, очень старые: 10 - 13 млрд лет, причём, если шаровому скоплению 10 млрд лет, его называют молодым [Ефремов, 2004]. Но в эллиптических галактиках, в т.ч. в Большом Магеллановом Облаке есть действительно молодые образования подобного рода, причём шаровых скоплений там вообще больше, чем у "нас" [Кинг, 1985]. Во многих подобных галактиках звездообразование началось относительно недавно, взрывообразно, и, наблюдая их, мы видим аналоги ранних этапов развития Нашей звёздной системы. Шаровые скопления первоначально изучались только в пределах Нашей Галактики, где они оказались объектами вполне определённых формы, размера и возраста. Поэтому аналогичную им "молодёжь" других галактик предложено было называть сверхскоплениями [Ефремов, 2004]. Сверхскопления рассматриваются ниже.

Шаровые скопления вращаются вне плоскости Нашей Галактики. Кроме того, они обладают вытянутыми орбитами, что косвенно тоже говорит о древности этих образований. Молодые образования рождаются в диске и потому изначально имеют в первом приближении круговые орбиты [Сурдин, 1999].

За долгое время существования Галактики шаровые скопления прошли отбор на прочность: до наших дней "дожили" только самые устойчивые из них - плотные и массивные. Но в эпоху формирования Галактики шаровых скоплений могло быть больше, они могли быть и менее "тяжёлыми", и более рыхлыми. Вероятно, в состав этих "неудачников" входила значительная часть звёзд гало, которых сейчас "на свободе" в сотни раз больше, чем в шаровых скоплениях. Шаровые скопления разрушаются со скоростью 3 - 5 за 1 миллиард лет, что даёт приток звёзд поля гало в среднем порядка 1/1000 солнечной массы в год [Сурдин, 1999]. Особенно интенсивно разрушаются они при пересечении галактического диска: "гравитационный удар" "нагревает" скопление и усиливает "испарение" звёзд; скопление растягивается вдоль орбиты, образуя "рой" ускользнувших из него звёзд, напоминающий "рой" метеорных частиц на орбите кометы [Сурдин, 2001]. В 2002 г. на 100-й конференции Американского астрономического общества говорилось, что впервые удалось этот процесс наблюдать: группа учёных во главе с Э.Гребель (Германия) нашла у неплотного шарового скопления Паломар-5 два потока звёзд на противоположных сторонах от него; они растянулись на 13 [???] световых лет (на 20 видимых поперечников Луны). Через 100 миллионов лет данное скопление полностью "развеется" [Судьба шаровых скоплений, 2003]. Есть и другой сценарий гибели подобных звёздных группировок. "Удары" о диск "притормаживают" скопление, в результате чего оно по спирали падает к центру Галактики, всё быстрее и быстрее теряя звёзды по мере приближения к галактического ядру. "Огрызок" скопления, т.е. его ядро, вносит вклад в формирование галактического ядра [Сурдин, 2001].

Средние характеристики звёзд поля гало совпадают с таковыми у звёзд шаровых скоплений, но диапазон характеристик звёзд поля шире (некоторые из них беднее тяжёлыми элементами, чем самые бедные звёзды скоплений) [Сурдин, 1999]. Можно предположить, что либо не все звёзды гало изначально входили в скопления, либо в прежних "лёгких" и "рыхлых" скоплениях были иные условия; и в том, и в другом случае вблизи мест формирования неметалличных звёзд (гелиево-водородных) не взрывались сверхновые, а потому нет и тяжёлых элементов; в шаровых же скоплениях, очевидно, бывали такие взрывы [Ю.Н.].

Звёзды в шаровых скоплениях движутся от центра к периферии и обратно по незамкнутым орбитам, напоминающим лепестки цветка. Период их обращения составляет порядка миллиона лет. Для этого "роя" характерно максвелловское распределение звёздных скоростей, как для молекул газа, что обусловлено случайными сближениями звёзд. Поэтому отдельные звёзды вырываются из скопления, "испаряются" из него. Этому способствуют также приливные силы Галактики. Так как улетают звёзды, наиболее богатые кинетической энергией, скопление беднеет массой медленнее, чем кинетической энергией. В результате оно сжимается. Но сжатие ведёт к увеличению звёздных скоростей ("разогрев" ядра), что приводит к усилению разлёта звёзд и усилению сжатия ("гравитационная катастрофа"). Теоретически должен произойти коллапс ядра. Ядра у некоторых шаровых скоплений найдены, но почему-то они не коллапсируют. По одной из гипотез, коллапс останавливается после образования в центре скопления массивной двойной звезды, которая теоретически должна выталкивать из ядра третью звезду, подлетевшую к этой паре [Кинг, 1985]. Напоминаю, однако, что звёзды в центре шаровых скоплений до недавнего времени не были видны по отдельности, т.е. центр закрыт звёздами, наблюдение его затруднено, а потому там могут иметь место самые неожиданные явления. Например, совсем недавно в центре некоторых шаровых скоплений открыты чёрные дыры. В скоплении M15 (в Пегасе) при помощи американского космического телескопа удалось различить отдельные звёзды и по спектрам измерить их лучевые скорости. Выяснилось, что звёзды движутся в поле тяготения невидимого компактного тела, по массе превышающего Солнце в 4000 раз. Такими параметрами может обладать только чёрная дыра. Другая группа американских учёных обнаружила "дыру", которая массивней Солнца в 20 тысяч раз и находится в гигантском шаровом скоплении G1 в Туманности Андромеды. В данном случае изучались усреднённые спектральные характеристики ядра скопления. Масса этих чёрных дыр, как и масса гигантских чёрных дыр в центре галактик, составляет приблизительно 0,5% от массы звёздной системы, т.е. обнаружена какая-то фундаментальная закономерность [Вибе, 2003а].

Развитие жизни и разума (вплоть до взятия коллапса под контроль разума) в шаровых скоплениях представляется маловероятным из-за крайне низкой концентрации элементов тяжелее водорода и гелия [Ю.Н.]. В этой связи интересно напомнить также, что в шаровых скоплениях почему-то не найдены планеты, хотя их искали и могли найти (ожидали по применённой методике найти 22 планеты, как в среднем бывает в других случаях, а не нашли ни одной) [Ксанфомалити, устное сообщение 8.09.2003]. Возможно, планеты, т.е. гелиево-водородные шары небольшого размера, если они и были раньше, то за долгое время жизни скопления успели исчезнуть. Во время звёздных сближений они могли приобрести нестабильные орбиты, оторваться от звёзд (и тогда мы их не можем увидеть) или "выпасть" на звёзды [Ю.Н.].

В шаровых скоплениях мало также межзвёздного газа, т.к. он, наверное, "выдувается" звёздным ветром или излучением пульсаров. Тем не менее, в скоплении 47 Тукана такой газ недавно найден, хотя по массе он составляет лишь 1/10 массы Солнца и сосредоточен только вблизи центра скопления. И всё же газа примерно в 100 раз больше, чем вблизи данного скопления [Пропавший космический газ нашёлся, 2002]. Малым количеством газа объясняется отсутствие в шаровых скоплениях современного звездообразования [Ю.Н.].

Если шаровое скопление расположено вне "нормальной" галактики или на её границе, то его, как правило, называют микрогалактикой, или карликовой галактикой, т.е. между шаровыми скоплениями и галактиками нет такой "пропасти", как между кратными звёздами и "многозвёздными" системами. Нет "пропасти" также между рассеянными и шаровыми скоплениями, так как в переходной области между диском Галактики и её гало обнаружены "промежуточные" скопления (см. выше раздел о рассеянных скоплениях).

Звёздные ассоциации

Звёздные ассоциации открыты в 1947 г. В.А.Амбарцумяном. Это очень разбросанные группировки звёзд, которые не выделяются на фоне других звёзд с первого взгляда и выявляются только при изучении расстояний, скоростей и спектральных характеристик всех звёзд какой-то части неба. Линейный размер ассоциаций составляет от 100 до 550 световых лет [Дагаев, 1955а]. По более поздним данным - 15 - 300 парсеков (50 - 1000 св.лет) [Сурдин, 1999, в тексте; Сурдин, 2001], или 20 - 320 парсеков (65 - 1050 св.лет) [Сурдин, 1999, в таблице с данными по 40 ассоциациям]. По Ю.Н.Ефремову [Ефремов и др., 1998; Сурдин, 1999], средний размер ассоциации - 80 парсеков (260 св.лет), но сам В.Г.Сурдин [там же], исключив спорные случаи, когда может быть несколько близко расположенных ассоциаций, называет вдвое меньшую цифру - 40 парсеков (130 св.лет). В любом случае ассоциации по линейным размерам в 10 - 20 раз больше рассеянных скоплений и в полтора-три раза больше шаровых скоплений.

А вот по массе ассоциации не так уж велики - от 100 до 10000 солнечных масс [по Ю.Н.Ефремову - Сурдин, 1999]. Такую массу имеют и рассеянные скопления. А шаровые скопления в среднем в 100 раз массивнее. В общем, ассоциации - это очень "рыхлые" образования.

Звёзды в ассоциациях объединены единством происхождения и обладают сходным спектральным составом. Последний параметр определяется проще, чем другие. Особенно легко обнаруживаются гиганты и сверхгиганты ранних спектральных классов O и B (в OB-ассоциациях, где есть и другие звёзды), а также неправильные переменные звёзды типа T Тельца (в T-ассоциациях, где нет O- и B-звёзд). В T-ассоциациях преобладают карликовые G- и K-звёзды [Дагаев, 1955а]. Иногда выделяются также R-ассоциации - соседствующие с пылевыми отражательными туманностями (R от "reflection"). Дело в том, что в R-ассоциациях нет горячих O-звёзд, способных разрушить пыль. Обычно они состоят из звёзд подклассов от B0 до A2 и в среднем старше OB-ассоциаций, а, значит, "рыхлее" их, т.к. успели расшириться [Сурдин, 1999].

В OB-ассоциациях насчитывается от десятков до нескольких сотен голубых звёзд и, наверное, тысячи менее массивных звёзд, которые трудно выявить [Сурдин, 2001а].

Некоторые ассоциации содержат рассеянные скопления в качестве ядер (тогда ассоциация является как бы гало или короной скопления) [Дагаев, 1955а; Сурдин, 1990; Ефремов и др., 1998]. Иногда роль ядра выполняют неустойчивые кратные системы типа Трапеции Ориона или ещё менее устойчивые звёздные цепочки [Дагаев, 1955а]. Косвенно это говорит о наличии нескольких центров звездообразования: группировки, возникшие в каких-то из них, уже распались, в результате чего появились звёзды поля ассоциации. А какие-то группировки (например, более позднего происхождения) - распадутся в дальнейшем [Сурдин, 1999].

Известны также УБЕГАЮЩИЕ OB-ЗВЁЗДЫ, которые покинули ассоциацию и удаляются от неё значительно быстрее, чем расширяется она вся. Скорость "убегания" иногда превышает 100 км/с. По гипотезе А.Блаау (1961) [Сурдин, 1997б], такие звёзды вылетели с орбит вокруг сверхновых после их взрыва. В подтверждение этой гипотезе недавно нашли двойную "убегающую" звезду с пульсаром в качестве одного из членов данной системы (Vela x-1). Пульсар был когда-то очень массивной звездой, но при взрыве потерял большую часть массы и "увязался" за своим бывшим спутником. Звёзды покинули родительскую ассоциацию Vela OB 1 примерно 2,5 миллиона лет назад и удаляются от неё со скоростью 90 км/с [Сурдин, 1997б, 2001].

Ассоциации, как и звёздные скопления, рождаются в ядрах (конденсациях) гигантских молекулярных облаков. Иерархические подсистемы звёзд в ассоциациях унаследованы от иерархической организации ядер. Скопления возникают из протоскоплений.

Ассоциации - это молодые и неустойчивые образования. Когда-то гравитация удерживала от расширения единое молекулярное облако, из которого возникла ассоциация. Но потом новорождённые звёзды разогнали своим светом и звёздным ветром остатки молекулярного газа и пыли, из-за чего объект потерял большую часть массы (на образование звёзд затрачивается только 2-3% вещества исходного облака, а остальное сдувается и рассеивается). Гравитация уже не смогла удерживать звёзды, и они, обладая изначальным движением, унаследованными от движения газовых струй в облаке, стали разлетаться во все стороны [Ефремов и др., 1998; Сурдин, 1999]. Возраст известных ассоциаций составляет от 1 до 10 миллионов лет, что по галактическим меркам очень мало [по Ю.Н.Ефремову - Сурдин, 1999]. Более старые ассоциации мы пока не можем выявить, так как их звёзды уже потеряли связь друг с другом и "разбрелись" по Галактике. Для сравнения напомню, что предельный возраст рассеянных скоплений в 1000 раз больше. Скорость расширения некоторых изученных ассоциаций составляет 7 - 10 км/с [Сурдин, 2001а].

Ассоциации не могут длительно существовать также из-за разрушающего действия приливов (приливных ударов) при пролёте вблизи гигантских молекулярных облаков [Сурдин, 1999].

Ассоциаций известно примерно столько же, сколько рассеянных скоплений, так как они, как правило, рождаются вместе. Или иначе говоря, формирование скопления сопровождается формированием ассоциации, так как часть звёзд на самых ранних этапах этого процесса покидает скопление, образуя ассоциацию вокруг него. Поэтому, наряду с эффективностью звездообразования (какая доля газа образовала звёзды), целесообразно также рассматривать эффективность формирования скоплений (какая доля звёзд образовала скопление, а какая рассеялась). В Нашей Галактике и в наше время это примерно 10% [Сурдин, 1999].

Внутри ассоциации Sco-Cen (Скорпион-Центавр?), вероятно, находится наше Солнце. Скопление IC 2602, расположенное в 0,16 килопарсеках от нас, возможно, является центром этой ассоциации. Некоторые её звёзды - Альфа Car, Альфа CMa, Альфа Eri (Эридана) [Сурдин, 1999]. Данную ассоциацию особенно трудно увидеть, так как она окружает нас со всех сторон и на неё проецируется весь остальной звёздный мир. Возраст известных ассоциаций, как уже говорилось, составляет не более 10 миллионов лет, а Солнце с окружающими его планетами почти в 500 раз старше. Значит, по своему происхождению "мы" не имеем отношения к этой ассоциации и "забрели" в неё случайно.

Агрегаты ассоциаций

АГРЕГАТЫ, или группировки ассоциаций, или сверхассоциации - это тесные группы ассоциаций, сформировавшиеся из группы взаимосвязанных облаков. Их размер - 150 - 200 парсеков [Сурдин, 1999] или даже 250 парсеков [там же, но со ссылкой на Ю.Н.Ефремова], т.е. в любом случае в несколько раз больше среднего размера ассоциаций (10 - 40 парсеков), хотя и не более их максимального размера (320 парсеков). Последнее замечание вполне объяснимо: если мы подробно рассматриваем очень крупную ассоциацию, то её, как правило, удаётся "разбить" на несколько не столь крупных [Сурдин, 1999; Ефремов, 2004], т.е. крупные ассоциации как раз и можно считать агрегатами. Так как агрегаты изучены чуть хуже ассоциаций, то мы пока могли не обнаружить самые крупные из них, что объясняет некоторую "нестыковку" в максимальных размерах этих единиц звёздной иерархии [Ю.Н.]. Кроме того, можно предположить, что агрегат как группа ассоциаций со временем превращается в единую гигантскую ассоциацию, если границы прежних компактных ассоциаций "расплываются". Так как это гигантское образование и в целом всё время расширялось, оно на стадии гигантской ассоциации просто "обязано" быть чуть больше, чем на стадии хорошо выраженного агрегата [Ю.Н.].

По массе агрегаты соответствуют шаровым скоплениям (от 10 тысяч до миллиона солнечных масс) [Сурдин, 1999], но, конечно, это не столь компактные образования. Они в среднем в 8 раз больше шаровых скоплений по линейным размерам и в 70 раз больше их по объёму [Ю.Н.].

Из-за такой рыхлости агрегаты относительно быстро распадаются. Они почти не удерживаются гравитационным путём и, если и существуют какое-то время, то, в основном, благодаря своим гигантским размерам: уж очень много времени нужно на вылет звёзды за пределы агрегата [Ю.Н.]. Возраст агрегатов, как и ассоциаций, составляет от 1 до 10 миллионов лет, т.е. их предельный возраст в 1000 раз меньше, чем у рассеянных и шаровых скоплений. При этом нужно учитывать, что предельный возраст шаровых скоплений ограничен не столько временем их распада, сколько временем, прошедшим от Большого взрыва (просто "вселенная" пока не существует так долго, сколько могут существовать шаровые скопления) [Сурдин, 1999].

В агрегатах, как правило, много ионизованного водорода, за что их часто называют гигантскими областями HII.

Пример агрегата в Нашей Галактике - Ori OBI с диаметром около 150 парсеков, хотя Ori OBI иногда называют ассоциацией. В данный агрегат входит сверхплотное и крайне молодое скопление вокруг Трапеции Ориона, окружённое короной (ассоциацией) из вспыхивающих и переменных звёзд типа Т Тельца. Вблизи в глубине плотного молекулярного облака скрываются ещё два скопления формирующихся звёзд. Севернее видна группа молодых горячих звёзд в Поясе Ориона и разреженная группировка в голове Ориона. Есть ещё несколько очагов современного звездообразования. Кинематически агрегат неоднороден: ассоциация в голове Ориона, по всей видимости, расширяется, а скопление Трапеции с окружающим газом сжимается [Сурдин, 1999].

Другие агрегаты - агрегат с ассоциацией Per OB2, агрегат с ассоциацией Sco OB2 (Sco-Cen), а также группа Плеяд, в которую входит 14-16 скоплений. Все эти агрегаты (и Ori OBI) образуют структуру ещё большего уровня - звёздный комплекс, который называют Местной системой, или Поясом Гулда [Сурдин, 1999]. Мы живём внутри Пояса Гулда. Нужно, однако, напомнить, что в "нормальных" галактиках, к числу которых принадлежит и наша, звёздные агрегаты встречаются не очень часто [Ефремов, 2004]. Обычно в них звёздные ассоциации объединяются непосредственно в звёздные комплексы, которые рассматриваются в следующем подразделе.

Звёздные комплексы

ЗВЁЗДНЫЕ КОМПЛЕКСЫ, или ЗВЁЗДНО-ГАЗОВЫЕ КОМПЛЕКСЫ - это структуры, имеющие в своём составе несколько рассеянных скоплений, несколько ассоциаций (иногда групп ассоциаций, или агрегатов), множество одиночных молодых звёзд, а также молекулярные облака, погружённые в общую оболочку из нейтрального атомарного газа. Их линейный размер - 500 - 600 парсеков [Сурдин, 1999, текст, стр. 207], 1000 парсеков [Сурдин, 2001] или даже до 1200 парсеков [Сурдин, 1999, таблица, с. 206], т.е. они почти на порядок больше агрегатов.

Ещё звёздные комплексы отличаются от звёздных агрегатов (сверхассоциаций) несколько большей "рыхлостью". Крупный агрегат можно рассматривать как маленький комплекс, почти "целиком охваченный интенсивным звездообразованием, возраст старейших звёзд в котором порядка 10 млн лет" [Ефремов, 2004, с.26]. Внутри же "настоящих" звёздных комплексов звездообразование продолжается лишь в нескольких ассоцияциях [или агрегатах], вне которых возраст звёзд доходит до 100 - 150 млн лет [Ефремов, 2004].

Есть также данные [Сэндидж, Бедке, 1988 - цит. по: Сурдин, 1999, с. 207], полученные изучением 221-й соседней галактики, что размер комплексов колеблется в диапазоне от 100 до 2000 парсеков, причём предельные размеры комплексов тем больше, чем крупнее содержащие их галактики. Это, однако, естественно, так как в больших галактиках комплексов больше и больше вероятность встретить среди них особенно огромный. Тем не менее, есть предположение, что комплексы возникают в результате гравитационной неустойчивости газовых дисков галактик, и тогда связь между размерами галактик и комплексов оказывается более глубинной [Сурдин, 1999]. А вот от морфологического типа галактики размер комплексов не зависит.

Есть также сведения, что звёздные комплексы располагаются вдоль спиральных рукавов Нашей Галактики с регулярными интервалами, которые соответствуют так называемой "джинсовской длине волны" в теории гравитационной неустойчивости [Ефремов и др., 1998]. Если это так, то средний размер этих структур на самом деле определяется законами природы, а не прихотью исследователей, "разбивших" на условные "отрезки" непрерывный ряд различных по размеру объектов.

Газовые облака, из которых формируются звёздные комплексы, столь велики, что их обычно называют сверхоблаками [Ефремов, 2000].

Массы комплексов вроде бы достигают 80 миллионов солнечных [Сурдин, 1999, таблица, с. 206], т.е. предельная масса комплексов на два порядка больше предельной массы агрегатов, хотя в книге В.Г.Сурдина по этому поводу на разных страницах приводятся противоречивые данные. Большой вклад в эту массу вносят гигантские молекулярные облака.

Местная система (Пояс Гулда) уже упоминалась в качестве примера звёздного комплекса. Её возраст - 50 миллионов лет. Другие примеры - комплекс с двойным скоплением h и x в созвездии Персея, а также - комплекс Тарантул в Большом Магеллановом Облаке (см. ниже).

Регионы. Обобшения по "рыхлым" структурам

РЕГИОНЫ - это структуры, имеющие в своём составе несколько звёздно-газовых комплексов. Пример региона - группа из трёх комплексов: Тарантул, 30 Dor E и 30 Dor W [Сурдин, 1999, табл. на с.206].

В литературе эта структурная единица упоминается редко. Возможно, она не всеми признаётся. Или имеются трудности с её выделением. Можно также предположить, что звёздно-газовые комплексы часто (или как правило) непосредственно входят в состав галактического диска, но также могут группироваться по несколько, и в этих случаях целесообразно введение ещё одной единицы [Ю.Н.].

Ясно также, что в выделении всех "рыхлых" структурных образований (ассоциаций, агрегатов, комплексов, регионов) очень много субъективного. Может быть, наличие этих единиц отражает лишь тенденцию родительских газопылевых облаков формировать сложную иерархию сгущений. Потом облака разрушаются под влиянием новорожденных звёзд (звёздный ветер сдувает газ), масса структурных единиц падает почти на два порядка, и молодые звёзды, унаследовавшие своё движение от хаотического движения газовых струй, начинают разлетаться [Сурдин, 1999; Ефремов, 2004]. "Каждая звёздная группировка рождается внутри группировки большего размера и старшего возраста" [Ефремов, 2004, с.24].

Звёзды в таких структурах, с одной стороны, вращаются вокруг общего центра масс, как в "настоящих" структурных образованиях (двойных и кратных системах, рассеянных и шаровых скоплениях, галактиках), но, с другой стороны, вращаются очень медленно и не успевают сделать много оборотов, так как эти структуры "рыхлые" (слабо притягивают к центру масс) и быстро распадаются. А потому на практике это означает, что звёзды с большой скоростью летят вокруг центра Галактики и только вокруг него, но их траектории слегка волнисты, искривлены. При этом "чужие" структуры (например, гигантские молекулярные облака, мимо которых они пролетают) "портят" их галактические орбиты в такой же степени, как и "родные" образования [Ю.Н.]. В такой "рыхлой" структуированности угадывается "намёк" на истинную структуированность, которая могла бы возникнуть, если бы не было конкуренции со стороны других структурных образований: если бы Галактика не разрушала промежуточные структуры своим приливным влиянием, если бы рядом не было других прочных структур (скоплений), если бы рядом не было других "рыхлых" структур, которые в данный момент компактнее и массивнее (например, гигантские молекулярные облака) и т.д. [Ю.Н.]. Пока победителями в конкурентной борьбе среди звёздных систем являются тесные системы двойных и кратных звёзд, шаровые скопления и галактики, а также, наверное, - скопления галактик. Они выдержали отбор. Это пока основные структурные уровни организации материи в мире звёзд, и впереди у них большое будущее в Нашей молодой области Вселенной, только-только возникшей в ходе Большого взрыва. Такими же "победителями" в мире меньших размеров, наверное, являются одиночные звёзды с их планетами (хотя большие звёзды взрываются), а также планеты с их спутниками. Благодаря разуму прочными могут оказаться структуры нашего масштаба, созданные нашими руками (искусственные космические аппараты, станции, небольшие орбитальные поселения), но они ещё не проявили себя в полной мере. А в наблюдаемом микромире "победили" атомы (т.е. атомные ядра с их электронами), а также нуклоны (т.е. протоны и нейтроны, якобы состоящие из кварков, но, возможно, имеющие более сложную структуру) [Ю.Н.].

Галактические структуры, отсуствующие в нашей Галактике

На примере Нашей Галактики удаётся познакомиться далеко не со всеми внутригалактическими структурами. В галактиках, которые помоложе нашей, или в отставших в развитии, или в сталкивающихся иногда наблюдаются особые, относительно редкие, категории структур. Рассмотрим их в сравнении с уже описанными.

СКОПЛЕНИЯ ЗВЁЗДНЫХ СКОПЛЕНИЙ - это очень редкие объекты, которые открыты в последние годы [Ефремов, 2004]. Они могли бы называться звёздными сверхскоплениями, если бы данное слово не было "занято" уже известным типом структур. Таких объектов пока известно столь мало [один или всё-таки чуть более?], что целесообразно описывать их индивидуально - см. описание NGC 6946 с комплексом Ходжа в разделе "Ещё некоторые интересные галактики".

ЗВЁЗДНЫЕ СВЕРХСКОПЛЕНИЯ - это очень массивные звёздные скопления, по размерам соответствующие звёздным комплексам; их ещё называют областями бурного звездообразования [Ефремов, 2004]. От обычных звёздных скоплений они, стало быть, отличаются массой и размерами. От звёздных комплексов - относительно равномерным распределением молодых массивных звёзд. Это как бы звёздные комплексы, в которых все звёздные скопления слиты в одно почти монолитное звёздное скопление, заполняющее весь объём данного объекта. Все сверхскопления молоды и со временем должны проэволюционировать в типичные шаровые скопления, какие обычны в Нашей Галактике. Их масса может достигать 10 млн солнечных масс. Они обнаружены во многих взаимодействующих галактиках, а также в некоторых одиночных спиральных галактиках (близ их центра) и в карликовых галактиках [Ефремов, 2004].

Одна из причин их образования - столкновение газовых облаков при взаимодействии галактик. Другая - оседание облаков к центру галактики после их столкновения. Третья - столкновение ударных волн при множественных взрывах сверхновых звёзд в двух соседних центрах звездообразования. Третья причина более актуальна для периферии галактик, где газовый диск толще [Ефремов, 2004].

Межзвёздная среда

Межзвёздная среда лучше всего изучена в пределах Нашей Галактики, а потому её описание помещено в данной части книги.

Пространство между звёздами заполнено разреженным веществом, излучением и магнитным полем, которые имеют в среднем равные плотности энергии, так как взаимодействуют друг с другом (в среднем 10 ^{- 12} эрг/см³) [Сурдин, 1999]. Атомарный состав межзвёздной среды в первом приближении сходен с таковым у Солнца: на 1.000 атомов водорода приходится около 100 атомов гелия и 2 - 3 атома более тяжёлых металлов [Сурдин, 1999]. Но химический состав отличен от солнечного: половина атомов водорода объединена в молекулы, а многие атомы более тяжёлых элементов входят в состав пылинок или тоже молекул. Молекулы могут быть многоатомными - до 13 атомов (см. ниже).

Наряду с привычным для нас изотопом водорода, протием, в межзвёздной среде присутствует дейтерий, или тяжёлый водород, имеющий в своём ядре не только протон, но и нейтрон. Дейтерий открыт в 1932 г., и, к примеру, в обычной воде на один атом дейтерия приходится 5.000 атомов протия [Энциклопедический словарь, 1963]. Дейтерий синтезировался в результате Большого взрыва. В процессе звёздного "горения" дейтерий разрушается, и его концентрация в звёздных скоплениях убывает. Изучая современное распределение дейтерия в Галактике, можно понять, сколько его образовалось изначально, сколько разрушилось в результате деятельности звёзд, как он циркулировал по Галактике. В 1999 г. в США был запущен спутник "FUSE" ("Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer" - "Исследователь дальнего ультрафиолетового диапазона"), специально предназначенный для картографирования распределения дейтерия в Галактике. Ультафиолетовый телескоп этого спутника в 10 тысяч раз чувствительней аналогичного спутника "Коперник" 1970-х годов [Космическая ультрафиолетовая обсерватория, 2000].

Как уже читатель догадывается, межзвёздная среда не одинакова в разных местах. Она различается не только по концентрации дейтерия, но также по температуре, плотности и составу, образует разномасштабные структуры - межзвёздные облака и т.п. Температура, плотность и состав газа взаимосвязаны. При температуре более 10 тысяч градусов Кельвина в межзвёздной среде преобладает ионизованный газ (молекулярный вес 0.6), от 10.000 до 100 - нейтральный атомарный газ (мол. вес 1,3), менее 100 - молекулярный газ (мол. вес 2,4), [Сурдин, 1999]. Межзвёздные облака классифицируются несколькими различными, хотя и взаимосвязанными способами.

ЧЕТЫРЁХКОМПОНЕНТНАЯ МОДЕЛЬ МЕЖЗВЁЗДНОЙ СРЕДЫ является в настоящее время базовой моделью, согласно которой выделяются четыре основных составляющих, или четыре типа "облаков" [Сурдин, 1999]:
1. очень разреженный и горячий "корональный" газ (в коронах звёзд и галактик, в коронах галактик открыт лишь в начале 1970-х годов);
2. разреженный ионизованный газ (90% объёма галактического диска, но лишь несколько процентов массы межзвёздной среды);
3. относительно холодные и плотные облака атомарного водорода (примерно половина массы межзвёздной среды);
4. холодные молекулярные облака (из многоатомных молекул, открыты лишь в начале 1970-х годов, примерно половина массы межзвёздной среды), в т.ч. гигантские молекулярные облака, содержащие 90% всего молекулярного газа.

По химическому принципу в межзвёздной среде выделяются:
1. атомарные облака (H I) [т.е. "корональный" и прочий ионизованный газ, а также относительно холодные и плотные облака атомарного водорода - Ю.Н.];
2. холодные молекулярные облака (H II), в т.ч. гигантские молекулярные облака. В молекулах водорода заключена половина массы межзвёздной среды Галактики [Сурдин, 1999].

По температуре и плотности межзвёздные облака обычно разделяют на четыре типа:
1. диффузные облака (температура по Кельвину 100 - 1.000 градусов, плотность 1 - 100 атомов водорода в см³, в них найдены лишь простейшие молекулы - H₂, HD, CH, OH, NH, C₂, CO, CN, CS);
2. тёмные облака (10 - 100 градусов, 100 - 10.000 атомов);
3. молекулярные облака (5 - 50 градусов, 400 - 1.000.000 атомов), в т.ч. гигантские молекулярные облака;
4. глобулы (10 - 30 градусов, 1.000 - 10.000 атомов).

В облаках, более плотных, чем диффузные, найдены молекулы, содержащие до 13 атомов - HC₁₁N, а также H₂O, NH₃, H₂SO) [Сурдин, 1999]. Так как количественные параметры этих типов облаков перекрываются, то сразу видно, что подразделение произведено не просто по температуре и плотности, а по более глубинным свойствам, которые лишь связаны с совокупностью двух названных характеристик [Ю.Н.].

Диффузные облака могут также различаться по своей освещённости. По крайней мере, в недавном прошлом среди них выделялись светлые и тёмные диффузные облака [Дагаев, 1955б], хотя составитель конспекта не понял, как эта классификация соотносится с предыдущей, где тоже фигурируют тёмные облака, но не обязательно диффузные.

СВЕТЛЫЕ ДИФФУЗНЫЕ ТУМАННОСТИ состоят из газа и пыли, освещённых звёздами. Газ имеет свой собственный спектр, а пылевые образования отражают свет ближайших звёзд без изменения. Большинство известных светлых туманностей дают суммарный спектр, так как состоят из газопылевой смеси [Дагаев, 1955б]. Такие туманности иногда связаны с молодыми горячими O- и B-звёздами: они предоставили для звёзд материал, а некоторые компактные образования такого рода сами порождены взорвавшимися звёздами (например, крабовидная туманность). Но соседство некоторых светлых туманностей с яркими звёздами случайно, и, когда звёзды покинут их, туманности перейдут в разряд тёмных. В общем, имеются разные случаи связи или отсутствия связи между газопылевыми туманностями и звёздами [Дагаев, 1955б]. Все диффузные облака (не только светлые) полностью подчинены внешним условиям, так как их самогравитация очень мала [Сурдин, 1999].

ТЁМНЫЕ ДИФФУЗНЫЕ ТУМАННОСТИ по составу не отличаются от светлых, но не освещены звёздами. Они хорошо видны на фоне Млечного Пути, так как загораживают свет расположенных за ними звёзд. Такие облака создают впечатление раздвоенности Млечного Пути в созвездии Лебедя, а в Стрельце закрывают от нас ядро Галактики. Они видны только на фоне светлых объектов - скоплений звёзд и светлых туманностей (Конская голова в Орионе, туманность в Змееносце). Вероятно, в Галактике имеется не менее 100 миллионов тёмных диффузных туманностей, но в большинстве своём они не видны [Дагаев, 1955б]. Каждая тёмная туманность ослабляет свет звезды в среднем в 1,26 раза, и ослабление звёздного света многими такими туманностями на расстоянии в 1000 световых лет по некоторым направлениям оказывается троекратным [Дагаев, 1955б]. Вероятно, в прошлом в этой категории туманностей среди тёмных атомарных облаков "прятались" и тёмные молекулярные облака, открытые позднее [Ю.Н.].

Многие туманности в видимом диапазоне не видны, а в инфракрасном свете имеют волокнистую структуру, что говорит о сильных магнитных полях и вихревых движениях вещества [Дагаев, 1955б]. Такую же волокнистую структуру в инфракрасном свете имеют и некоторые светлые диффузные туманности (например, Сеть в Лебеде). На концах некоторых волокон обнаружены цепочки звёзд, что вроде бы говорит о возникновении этих звёзд из волокон.

Выделяются также характерные морфологические типы облачных структур (с ясным и неясным происхождением).

Упомянем некоторые из них:
1. СВЕРХОБОЛОЧКИ H I (атомарные сверхоболочки) - кольцеобразные [точнее - шарообразные] структуры, расширяющиеся вокруг областей звездообразования;
2. ГИГАНТСКИЕ МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОБЛАКА (механизм образования не ясен, хотя предложено несколько гипотез);
3. "ЧЕРВЯКИ", или WORMS - структуры, возвышающиеся над галактическим диском, размером 100 - 300 парсеков (механизм образования совсем не ясен, но, по Сурдину [1999], сформированы горячими потоками, поднимающимися над очагами звездообразования) [Сурдин, 1999].

К характерным морфологическим типам, наверное, можно отнести и уже упоминавшиеся ГЛОБУЛЫ, которые подробно рассматриваются ниже.

ГЛОБУЛЫ открыты в 1947 г. американцем Бартом Боком [Дагаев, 1955б] или, по другим данным в 1946 г. Б.Боком и Э.Рейли; они обнаружились на фоне светлых туманностей [Сурдин, 1999]. Это компактные и почти шаровидные тёмные туманности размером от 5 до 50 тысяч астрономических единиц [Дагаев, 1955б], или от 0,005 до 1 - 1,5 парсека [Сурдин, 1999], то есть очень маленькие объекты в галактических масштабах. Звёздный свет ослабляется ими в десятки и сотни раз [Сурдин, 1999]. Чем больше глобула, тем меньше света она поглощает. Значит, глобулы эволюционируют в сторону сжатия и уплотнения, то есть коллапсируют [Дагаев, 1955б], хотя, как позднее выяснилось, всё не так просто. Поэтому глобулы рассматривались в качестве "протопротозвёзд". Теперь мы знаем, что иногда глобулы долгое время остаются в стабильном состоянии [Сурдин, 1999]. В настоящее время выяснено, что глобулы рассеяны по всему Млечному Пути, но концентрируются в областях, где много тёмных туманностей (на северном небе - в созвездиях Телец и Змееносец, на южном - Южный Крест со своим Южным Угольным Мешком). В начале 1970-х годов было известно более сотни крупных глобул, а всего в Галактике их должно быть около 30 тысяч. Размеры крупных глобул часто бывают от 0,5 до 1,5 парсека, массы от 10 до 140 солнечных. Недавно были открыты и миниглобулы, из которых звёзды возникнуть не могут. Так как внутри глобул нет горячих звёзд, они теплее снаружи, где слегка нагреваются звёздным светом и космическими лучами. Гравитационная энергия глобул обычно близка к кинетической энергии газовых потоков и к энергии теплового движения молекул. По-видимому, энергия магнитного поля в глобулах тоже способствует их стабильности (магнитное поле не затухает, так как звёздное излучение извне проникает в глобулу, поддерживая ионизацию газа; ионизованный газ, т.е. заряженный газ, противостоит сжатию). В общем, движение газовых потоков, давление газа и магнитное поле обычно удерживают глобулы от сжатия. В стабильном состоянии могут пребывать целые семейства глобул, объединённые в едином родительском облаке. Таков Южный Угольный Мешок массой 3.500 солнечных. Но если какая-нибудь сторонняя сила (например, свет недавно родившейся яркой звезды) чуть-чуть сожмёт глобулу, то её прозрачность уменьшится и магнитное поле начнёт затухать. Это может привести к коллапсу глобулы и образованию нескольких звёзд. Подобное звездообразование сейчас происходит в глобулах Тельца и Змееносца в северном небе. На поверхности глобул иногда видны РИМЫ - ободки и выступы из ионизованного газа. Они возникают под влиянием соседних ярких звёзд и являются признаком нарушения стабильности. Происхождение глобул не выяснено, но, вероятно, они связаны с разрушением более массивных облаков [Сурдин, 1999]. В глобулах рождаются небольшие группы звёзд. Как правило это не самые крупные звёзды.

ГИГАНТСКИЕ МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОБЛАКА (ГМО) - это особый класс молекулярных облаков, открытых недавно и тоже ответственных за звездообразование. На их долю приходится 1 - 2% массы всей Галактики. Они населяют тонкий слой вблизи галактической плоскости, концентрируясь в центральном диске и в "кольце звездообразования" на значительном удалении от центра. Размеры этих объектов составляют от 10 до 50 парсеков (в среднем 20), а массы - 100 тысяч солнечных и более [Сурдин, 1999]. Они содержат 90% всего молекулярного газа, и в Галактике их около 6.000. Есть среди них облака с массами в миллион солнечных и более (30% молекулярного газа Галактики, около 1.000 облаков).

Среди гигантских молекулярных облаков (ГМО) различаются:
1. ХОЛОДНЫЕ ГМО (5 - 10 градусов Кельвина, население всего галактического диска);
2. ТЁПЛЫЕ ГМО (11 - 30 градусов, население рукавов, чуть массивней, связаны с очагами звездообразования).

Холодные ГМО, пересекая в своём галактическом вращении спиральные рукава, могут переходить в тёплые ГМО, если в них будет возбуждено звездообразование. Происходит и обратный процесс, когда ГМО покидает спиральный рукав. Внутренняя структура ГМО имеет иерархический характер, причём спектр масс новорожденных звёзд не соответствует спектру масс исходных КОНДЕНСАЦИЙ (ЯДЕР), что говорит о сложности процесса звездообразования. Но ясно, что именно конденсации (ядра) в теле ГМО дают начало звёздным агрегатам - скоплениям, ассоциациям, кратным звёздам и т.д. Ядра бывают в сотни раз плотней облака в целом. Различаются малые, средние и крупные конденсации. Инфракрасный спектр некоторых ядер указывает, что внутри них уже появилась молодая звезда или протозвезда. Иногда ядра бывают двойными, что говорит о гравитационной фрагментации. Такие ядра - предшественники двойных звёздных скоплений [Сурдин, 1999]. Иногда сближенных ядер так много, что правильней говорить о МОЛЕКУЛЯРНЫХ КОМПЛЕКСАХ, которые могут обладать общей оболочкой. Особенно большие молекулярные облака или, точнее, тесные группы гигантских молекулярных облаков, называют сверхоблаками. Сверхоблака эволюционируют в звёздные комплексы [Ефремов, 2000]. Фрактальная размерность межзвёздных молекулярных облаков сходна с таковой для атмосферных облаков, а, значит, тоже определяется гидродинамической турбулентностью и диффузией. Гигантские молекулярные облака "живут своей жизнью", т.е. подчиняются балансу внутренних процессов и в стационарных условиях почти не зависят от среды. Для них характерно равновесие между гравитацией и динамическим давлением крупномасштабных потоков вещества. Из внешних причин равновесие могут нарушить столкновение с другим облаком или ударная волна от сверхновой. Подобные столкновения являются источником энергии турбулентных движений. Но турбулентность ещё резче увеличивают струи вещества, которые в две противоположные стороны (с полюсов) выбрасывают новорожденные звезды, образующиеся в этих облаках. Звездообразование в конечном итоге разрушает гигантские молекулярные облака, а так как их много, они должны непрерывно возникать.

Существуют следующие механизмы их образования, действующие одновременно:
1. агломерация, т.е. поглощение маленьких облаков большими при столкновениях (остатками маленьких облаков могут быть плотные конденсации);
2. концентрация межзвёздных облаков в магнитных "ямах" под воздействием магнитного поля в диске Галактики;
3. образование облаков вследствие гравитационной неустойчивости межзвёздной среды в диске;
4. уплотнение диффузного газа расширяющимися оболочками вокруг областей звездообразования (разрушение родительского облака молодыми звёздами стимулирует формирование таких облаков рядом; оболочка бананообразно вытягивается из-за вращения диска, и газ скапливается на концах "банана"; в твердотельно вращающихся областях диска, как у Большого Магелланова облака, газ уплотняется между двумя - тремя соприкасающимися оболочками).

"Используя эти четыре механизма, мы уже сейчас можем построить достаточно реалистичные сценарии, описывающие сценарии формирования сверхоблаков HI и ГМО, их характерные размеры, массы и даже спектры масс. Однако происхождение внутренней иерархической структуры самих облаков пока остаётся загадкой" [Сурдин, 1999, с. 78]. Обнаружено также, что предельные размеры гигантских молекулярных облаков тем больше, чем больше содержащая их галактика [Сурдин, 1999, с.207], что, впрочем, естественно, так как эти образования уже соизмеримы с размерами галактик [Ю.Н.].

СВЕРХОБЛАКА АТОМАРНОГО ВОДОРОДА - это фрагменты спиральных рукавов у дисковых галактик и уединённые газовые уплотнения в неправильных галактиках. Их размер - порядка 1 килопарсека, масса - примерно 10 миллионов солнечных. Внутри них могут быть молекулярные облака и очаги звездообразования.

ПЛАНЕТАРНЫЕ ТУМАННОСТИ - ещё одна категория галактических туманностей. Это округлые, дисковидные, часто кольцевидные, а иногда и с элементами спиральности компактные образования размером от 1.000 астрономических единиц до 8 световых лет [Дагаев, 1955б]. На самом деле они сферичны, хотя видны по-разному из-за разной плотности газа. Их в Галактике к середине XX века было известно около 350, но должно быть не менее 100 тысяч. Вблизи нас таких объектов нет. В центре планетарной туманности, согласно статье М.М.Дагаева [1955б], обязательно есть O-звезда, но эти представления устарели. Чаще говорится о наличии там белого карлика. Видимо, под планетарными туманностями раньше понимали очень различные объекты (и остатки родительского облака, "раздвинутые" светом молодых О-звёзд, и периодически сбрасываемые оболочки так называемых "новых" звёзд, и трудно различимые "последние выдохи" умирающих среднеразмерных звёзд) [Ю.Н.]. Из-за освещённости яркой О-звездой общая светимость некоторых планетарных туманностей в 250 - 300 раз больше солнечной [Дагаев, 1955б], но, очевидно, эти сведения относятся не ко всем планетарным туманностям. В газовой оболочке имеется около 1% общей массы объекта, 99% - в звезде. Оболочка на 90% состоит из водорода и примерно на 10% из гелия. Скорость расширения планетарных туманностей составляет в среднем 20 км/с. Возраст - от одной до ста тысяч лет [Дагаев, 1955б]. В более поздней публикации указывается на скорость 10 - 20 км/с [Клочкова, Панчук, 2002]. В настоящее время известно свыше десяти тысяч планетарных туманностей в Нашей и ближайших галактиках. Они выделены В.Гершелем из числа других туманностей в 1785 г., хотя он принимал их за родительские облака планет, от чего и пошло такое название. Основополагающие представления о природе планетарных туманностей как заключительной стадии эволюции звёзд с массами от 3 до 8 солнечных сформулированы И.С.Шкловским только в 1956 г. Температура планетарных туманностей - от 200 до 1.000 градусов Кельвина. Точность определения возраста этих объектов составляет 25 лет. Переходное состояние от самосветящегося красного гиганта к подсвеченной изнутри планетарной туманности называется протопланетарной туманностью. Оно длится порядка тысячи лет. Оболочка сбрасывается звездой в несколько рывков, несимметрично. На этом этапе старую звезду можно спутать с молодой, которая ещё окружена газопылевым коконом [Клочкова, Панчук, 2002].

СВЕРХОБОЛОЧКИ - это на вид кольцеобразные или дугообразные структуры, расширяющиеся вокруг областей звездообразования [Сурдин, 1999]. [На самом деле они, конечно, сферичны, хотя часть их может быть не видна или разрушена]. По своей природе они, вероятно, близки к планетарным туманностям, но связаны не с одной звездой, а, как часто считается, с целой группой звёзд, и потому значительно больше по размеру [Сурдин, 1999]. Впрочем, по весьма популярной гипотезе Ю.Н.Ефремова [2000], сверхоболочки образуются при взрывном слиянии нейтронных звёзд или нейтронной звезды с чёрной дырой, что сопровождается знаменитыми, но непонятными гамма-всплесками. Эти сверхоболочки, называемые также звёздными "арками" или "дугами", особенно характерны для Большого Магелланова Облака [Ефремов, 2000], но в 1980-е годы они открыты и в Нашей Галактике [Силич, 1998]. Размер "наших" сверхоболочек достигает 1 килопарсека (1/8 расстояния от Солнца до центра Галактики). Кинетическая энергия сверхоболочек превышает энергию сверхновых, т.е. взрывы сверхновых - не самые большие во Вселенной и даже не самые большие в Нашей Галактике [Силич, 1998], хотя в последнее время предпринята попытка объяснить эти образования взрывами сверхновых, но гигантских сверхновых, или коллапсаров [Вибе, 2003г]. Состоят свероболочки преимущественно из атомарного водорода [Сурдин, 1999].

Обобщая приведённые выше классификации межзвёздных облаков, можно построить схему, за полную корректность которой составитель конспекта не ручается, так как, вероятно, не все классификации до конца совместимы. Начинается схема с категорий четырёхкомпанентной модели, которая выше признавалась базовой. Указываются температура в градусах и некоторые другие характеристики.

Планетарные туманности и "червяки" (выбросы из областей звездообразования?) не удалось вставить в эту классификацию, так как не удалось найти данные об их химическом составе и температуре. Всё это расширяющиеся структуры и, вероятно, их характеристики, в т.ч. состав и температура, сильно меняются по мере расширения, а потому они в принципе не могут быть "вставлены" в рассмотренную выше схему. Можно считать, что выше приведена классификация, в основном, относительно стабильных компонентов межзвёздной среды (если исключить оболочки и сверхоболочки вокруг очагов звездообразования). Перечисленные в ней облака чаще коллапсируют, чем рассеиваются в пространстве [Ю.Н.]. Отсюда следует принцип, по которому тоже можно расклассифицировать межзвёздные облака: расширяющиеся, относительно стабильные, коллапсирующие. Облака могут также распадаться на части, что, по-видимому, возможно и при расширении, но особенно при коллапсе.

В молекулах (и прежде всего в молекулах водорода), как уже говорилось, заключена половина массы межзвёздной среды Галактики. В межзвёздной среде (в плотных облаках) к 1997 г. было открыто не менее 82 разных типов молекул и молекулярных ионов: 14 двухатомных, 17 трёхатомных, 14 четырёхатомных, 11 пятиатомных, 9 шестиатомных, 6 семиатомных, 2 восьмиатомных, 5 девятиатомных, 2 десятиатомные, 1 одиннадцатиатомная и 1 тринадцатиатомная, хотя в диффузных облаках - только 8 (H₂S, HD, OH, NC, C_?, CO, CN, CS). А всего в космосе обнаружено около 100 разных молекул и молекулярных ионов [Василенко, Сурдин, 1997; Сурдин, 1999]. Присутствуют и неорганические, и органические вещества. Так, например, в спектре радиоизлучения газового облака Стрелец B3 вблизи центра Галактики обнаружена уксусная кислота [Открыты межзвёздные молекулы уксусной кислоты, 1997]. Из элементов в космических молекулах преобладают H, C, O и N, встречаются S, Si, Cl и D (дейтерий).

Молекулы образуются двумя путями:
1. в газофазных состояниях с участием ионов;
2. на поверхности пылинок как катализаторов [Сурдин, 1999].

Кроме того, молекулы выбрасываются из расширяющихся атмосфер красных гигантов. Вместе с молекулами водорода всегда есть молекулы CO (обладающие почти той же энергией диссоциации), а их излучение в радиодиапазоне наблюдается лучше, чем излучение водорода. По ним и судят о водороде. Чем плотнее облако, тем разнообразнее его молекулы, каждая из которых характерна для определённого интервала плотностей. Так можно "заглянуть" в любую часть облака [Сурдин, 1999]. Из молекулярных ионов очень важен ион H³⁺, инициирующий ионмолекулярные реакции. Он предсказан в 1961 г., выделен в лаборатории в 1980 г., а потом обнаружен в атмосферах больших планет, в выбросах сверхновой 1987A и (недавно) в межзвёздных облаках. Он возникает при соединении молекулы H₂ с ионом H²⁺. Соединяясь с любой частицей, обладающей большим сродством к электрону (больше, чем у водорода), он образует двухатомную молекулу водорода и соединение этой частицы с водородом (молекулярный ион, в т.ч. водный - H₂O⁺) [Василенко, Сурдин, 1997]. Авторы называют эту частицу "ключом к межзвёздной химии".

Важный компонент межзвёздной среды - пыль. Пыль обнаружили по поглощению света и по его поляризации в тех случаях, когда пылинки упорядочено ориентированы в магнитном поле. На пылинках, как уже говорилось, происходит синтез многих межзвёздных молекул. Состав и структура пылинок не выяснены, но предположительно это либо железные частицы (гипотеза 1930-х годов), или "грязные снежинки" (замороженные вода, водород, метан и аммиак с примесью тяжёлых элементов, 1940-е годы), или "копоть" (тугоплавкие графитовые частицы из атмосфер звёзд-гигантов), или силикатные частицы, или многослойные частицы с тугоплавким ядром и ледяной оболочкой, или пылинки-полимеры, или даже живые пылинки-бактерии! Хорошо разработана модель пылинок в виде смеси графитовых и силикатных частиц с оболочкой из органических молекул и льда. Опыты показали, что на пылинках после долгой адсорбции газа под действием ультрафиолетового облучения должен возникать нелетучий органический осадок. В молекулярных облаках такие пылинки могут быть окружены ещё и ледяной оболочкой. Размер пылинок - от 0,01 мкм до 0,15 мкм. Суммарная масса пыли в Галактике - 0,03%. Но её светимость составляет 30% от светимости звёзд, причём полностью определяет инфракрасную светимость Галактики [Сурдин, 1999]. Поэтому изучение пыли было одной из основных задач знаменитого инфракрасного спутника "IRAS", который в 1983 г. сфотографировал 98% неба и открыл пылевую полосу в плоскости эклиптики (в Солнечной системе), пылевые полосы над и под поясом астероидов, рождение звёзд в полосах пыли и газа, пылевое сгущение в центре Галактики (балдж), кольцо мелких частиц вокруг Веги и т.п. объекты [Хэбинг, Нейгебауэр, 1985]. Пыль может быть холодной (15 - 25 градусов Кельвина) и тёплой (близ OB-звёзд, 30 - 40 градусов), а также "горячей" (250 - 500 градусов, в атмосфере красных гигантов - OH/IR-звёзд, где она рождается и откуда выметается давлением света, за что эти красные гиганты называют "коптящими" звёздами) [Сурдин, 1999]. Основная масса пыли холодна, заполняет весь галактический диск, концентрируется в облаках и нагревается общим излучением звёзд Галактики. Она вносит 37% в общую светимость. Источники пыли по интенсивности поступления (10^-3 массы Солнца в год) располагаются в следующей последовательности: красные гиганты (3), взрывы новых (0, 4-4), взрывы сверхновых (3), протозвёзды (равно или менее 0,3), планетарные туманности (0,4) и звёзды типа Вольфа-Райе (примерно 0,01). В Солнечной системе имеется космическая пыль кометного происхождения [Источник космической пыли установлен, 1999]. Всего каждый год в межзвёздное пространство Галактики выбрасывается одна сотая солнечной массы пыли. Часть пылинок разрушается из-за возгонки вблизи OB-звёзд, столкновений друг с другом, атомами газа и космическими лучами, при экзотермических химических реакциях и при проходе ударных волн. Доказано, что пыль и газ в облаках перемешаны достаточно однородно, и нет преимущественно пылевых или преимущественно газовых облаков [Сурдин, 1999].

Коричневые субкарлики и другие планетоподобные тела

В межзвёздном пространстве мы можем видеть только газ и пыль. Более крупные тела, если они находятся за пределами Солнечной системы, не являются близкими спутниками звёзд и не светятся сами, пока никак не могут быть зарегистрированы: каждое из них в отдельности слишком мало, а их совокупность отражает света на много порядков меньше, чем газ или пыль. Тем не менее, такие тела безусловно существуют. В отличие от "классических" планет, астероидов и комет они не являются спутниками звёзд, а "самостоятельно" движутся вокруг центра Нашей галактики, как и многие звёзды.

Эти тела могут иметь различное происхождение. Во-первых, это могут быть "зародыши" комет, покинувшие свою систему при близком прохождении "чужой" звезды. Но, конечно, гораздо большее количество таких тел поступает в межзвёздную среду при взрывообразном разрушении звезды, служившей им центром притяжения. Такое возможно при взрывах сверхновых, а также в случае сбрасывания звёздами своих внешних слоёв [Ю.Н.]. Кроме того, согласно некоторым моделям планетообразования [Рождение протопланеты, 2004], огромное количество таких тел покидает систему на начальных этапах её эволюции: так, например, при некоторых изначальных параметрах системы из диска возникает порядка 80 протопланет-гигантов, примерно 70 из них вскоре выбрасываются из системы, чуть менее десятка тел "вышибаются" близко прошедшими звёздами, в среднем одно тело сталкивается со своей звездой, а существовать в виде юпитероподобной планеты остаётся только одно тело, самое крупное. Вероятно, существуют и какие-то специфические сценарии независимого ("беззвёздного") образования мелких тел в очагах звездообразования. Так, например, у звезды HD 168443 найдены два спутника массами не менее 7,7 и 17,2 юпитеров. Второй спутник - коричневый карлик, т.е. звезда. Но звёзды, как считается, образуются не из диска вблизи молодой звезды, а путём независимого гравитационного коллапса облака. Так как оба спутника (и звезда, и планета) образовались, вероятнее всего, вместе, то, значит, и планеты в каких-то случаях могут образовываться по звёздному сценарию [Вибе, 2001а; В космосе - очередная странность, 2001]. Английские астрономы Ф.Лукас и П.Роше в 2000 г. сообщили о наблюдении 13 "одиночных планет" в Большой Туманности Ориона. Масса этих тел, судя по их яркости, лишь в несколько раз превышает массу Юпитера. Им не поверили из-за возможности спутать такие тела с далёкими звёздами или старыми остывшими коричневыми карликами. В 2001 г. те же астрономы сообщили об обнаружении в спектрах "одиночных планет" водяного пара. Для настоящих звёзд водяной пар не характерен. В коричневых карликах он может быть, но тогда это старые остывшие карлики, что не очень вероятно для области звездообразования. Да и динамика атмосфер оказалась специфической. Признано, что открыты планетоподобные тела. Первооткрыватели предложили назвать их планетарами, но утверждено было другое название - коричневые субкарлики [Вибе, 2001б]. В 2001 г. японские астрономы обнаружили более сотни коричневых карликов и более сотни субкарликов в одной только звездообразующей области S106. Массы субкарликов составляют порядка 5 - 10 юпитеров [Межзвёздные планеты-гиганты, 2002].

Названия для различных вариантов подобных тел пока не придуманы, а потому я опишу три возможных категории этих объектов под условными наименованиями, которые сам придумал.

ПЛАНЕТОПОДОБНЫЕ ТЕЛА, ИЛИ ПЛАНЕТОИДЫ отличаются сравнительно большим размером: от Плутона до Юпитера или чуть больше. Это могут быть и газовые шары больше Юпитера (т.е. описанные чуть выше коричневые субкарлики), и газовые шары вроде Юпитера или Урана, а также тела с твёрдой поверхностью, как у планет земной группы. В межзвёздном пространстве у твёрдых тел может быть атмосфера из лёгких газов вроде водорода и гелия (более тяжёлые газы должны вымерзнуть и лежать на поверхности в виде снега и льда). Но атмосферы может и не быть совсем, как, например, у Меркурия. Если планетоид случайно сблизится со звездой, то у него на краткое время может образоваться атмосфера, которую он из-за своей большой массы будет в состоянии удержать, не образовав кометного хвоста.

АСТЕРОИДОПОДОБНЫЕ ТЕЛА отличаются небольшим размером (меньше Плутона) и отсутствием атмосферы даже при подлёте к какой-либо звезде. На их поверхности нет слоя замёрзших газов. Такие тела могли возникнуть только в непосредственной близости от звезды, которая уже испарила с их поверхности всё, что могло испариться. Удержать газы эти тела не могли из-за своей малой массы.

КОМЕТОПОДОБНЫЕ ТЕЛА, ИЛИ КОМЕТОИДЫ отличаются небольшим размером и наличием атмосферы при подлёте к какой-либо звезде. Атмосфера образует такие же кому и хвост, как у комет. Кометоиды могли сформироваться только на значительном удалении от звёзд, где потенциально газообразное вещество на их поверхности пребывало в твёрдом состоянии.

А существуют ли все эти тела? Безусловно существуют, но количество их в единице объёма межзвёздного пространства на много порядков меньше, чем аналогичный показатель для соответствующих тел в Солнечной системе. В противном случае мы бы периодически наблюдали такие тела при вторжении их в окрестности Солнца.

Но отличили бы мы их от похожих малых тел Солнечной системы? Думаю, да. Известно, что скорость Солнца относительно потока соседних звёзд составляет примерно 20 км/с и что это характерно для разброса звёздных скоростей и направлений [Дагаев, 1955а]. Такими же относительными скоростями должны обладать и "маленькие, но самостоятельные члены" Галактики. Врываясь в Солнечную систему, они должны дополнительно разгоняться под действием притяжения Солнца и хотя бы иногда проноситься мимо нас со скоростями, недоступными для тел Солнечной системы. Подозреваю, что мы когда-нибудь зарегистрируем этих "чужаков". А ещё я предполагаю, что подобные объекты, хоть и не очень густо населяют Нашу Галактику, но, с учётом гигантского объёма этого пространства, имеют грандиозную суммарную массу. Они являются претендентами на роль носителей "скрытой" массы.

Г.А.Гончаров [1999], рассуждая о коричневых карликах и т.п. дозвёздных объектах, предполагает, что во Вселенной действует закон: чем меньше масса тела, тем больше таких тел существует. Он высказывает предположение, что тела вроде тех, что населяют пояс Койпера (второй пояс астероидов, за Плутоном), составляют основную часть массы Галактики, т.е. именно астероидоподобные тела являются "главными жителями" во Вселенной. Подобные тела могут быть как спутниками звёзд (типичные коричневые карлики, типичные коричневые субкарлики, планеты, кометы, астероиды), так и "самостоятельными" членам Галактики ("самостоятельные" коричневые карлики и субкарлики, планетоиды меньшего размера, астероидоподобные и кометоподобные тела). Примеры "самостоятельных" тел уже приводились чуть выше. Среди спутников звёзд хорошо известны юпитероподобные планеты (юпитеры с маленькой буквы), а также отдельные тела, близкие по размеру к Сатурну. В особых случаях (например, вблизи одной нейтронной звезды) открыты планеты ещё меньшего размера. Примеры таких тел, называемых экзопланетами, рассматриваются в сводном конспекте о Солнечной системе. Пример тела, промежуточного между планетой и коричневым карликом найден в системе BD68 градусов 946: масса тёмного спутника звезды составляет 0,009 солнечной [Сурдин, 1999]. Подобных тел отнюдь не мало. Так, среди 118 тысяч самых ярких звёзд открыто 2910 звёзд (2,5%) с криволинейным перемещением в пространстве, что говорит о наличии у них крупных невидимых спутников [Гончаров, 1999].

Недавно появилось также косвенное подтверждение существования настоящих кометных тел вблизи других звёзд. В атмосфере расширяющегося красного гиганта CW в созвездии Льва обнаружена вода, причём в количестве, которое в десять тысяч раз превосходят теоретически допустимое для подобных звёздных атмосфер. Вероятно, звезда, увеличив светимость в 5000 раз, растопила и испарила многочисленные кометные тела в "своём" облаке Оорта [Гибель красного гиганта..., 2002].

"Скрытая" масса, или "тёмная" материя

Проблема так называемой "скрытой" массы, или "тёмной" материи, - это одна из общих проблем астрономии и космогонии, которая имеет отношение и к Нашей Галактики. Звёзды в галактиках и галактики в скоплениях движутся быстрее, чем это должно быть, если учитывать лишь известное вещество Вселенной [Невидимое вещество..., 1985]. Такие же результаты дало изучение газа (температура, давление) в скоплениях галактик и измерение искривления световых лучей большими массами вещества (световые линзы) [Изучая "тёмную материю", 2002]. По некоторым данным, этого неизвестного вещества во Вселенной в 10 раз больше, чем известного [Невидимое вещество..., 1985]. Делались даже утверждения, что наблюдаемое вещество составляет лишь около одной сотой части всего вещества [Смольников, 2001], хотя чаще речь идёт об одной двадцатой [Эхо Большого взрыва, 2001; Изучая "тёмную материю", 2002; др.]. Если это так, то мы даже в первом приближении не понимаем процессы, происходящие в Наблюдаемой Вселенной. Обычное вещество (барионное) доминирует в звёздах, звёздных скоплениях и т.п. объектах, а "скрытая" масса - в больших объёмах [Природа, 1985, № 5]. "Скрытая" масса имеется и в Солнечной системе [Марочник и др., 1987].

Ниже перечисляются разные претенденты на роль носителя "скрытой" массы:
1. Планетоподобные, кометоподобные и астероидоподобные тела, независимо вращающиеся вокруг центров галактик и сверхгалактик (см. чуть выше). Вероятно, считается, что подобные тела не могут обеспечить всю "скрытую" массу, так как, если бы их было так много, они бы себя проявили ещё как-нибудь, периодически врываясь в Солнечную систему. Но какой-то вклад могут вносить и они [Ю.Н.].
2. "Населяющие" гало маленькие плотные реликтовые облака молекулярного водорода радиусом 30 а.е. и массой порядка массы Юпитера, суммарная масса сравнима с массой остальной Галактики - гипотеза Пфеннингера и др. [1994]. См. ниже описание гало Галактики.
3. Остатки протогалактических облаков, образующих короны галактик. На примере исследования 55 галактик выяснено, что масса галактических корон обычно составляет от 1 до 10% звёздной, но у галактики M87 - 50% [Природа, 1987, N1; 1999, N1]. См. ниже описание короны Галактики.
4. Рассеянные вокруг галактик "куски" неизвестного вещества с плотностью больше ядерной [Невидимое вещество..., 1985]. Слабое место этой гипотезы - объяснение одного неизвестного другим неизвестным. Кроме того, с учётом гигантского объёма окологалактического пространства, не вполне ясно, почему плотность обязательно должна быть такой большой [Ю.Н.]. Тем не менее, часто предполагают, что во Вселенной преобладает небарионная материя, т.е. материя не из атомов и молекул, а какая-то совсем другая. Частицы этой материи обладают массой в сотни и тысячи раз больше массы протона, но с обычной материей (барионной) взаимодействуют только гравитационно. Кандидаты на роль таких частиц - нейтралино, аксионы, аксино, гравитино, вимпзилло и т.д. Существование нейтралино предсказывается в моделях Суперсимметрии и т.п. Кандидатура тяжёлых (правых) нейтрино отклонена в ходе экспериментов на ускорителях, а лёгкие (левые) нейтрино слишком легки для данной функции [Смольников, 2001]. Космические исследования микроволнового "шёпота", дошедшего к нам с эпохи молодой Вселенной, вроде бы свидетельствуют, что к небарионному веществу следует отнести 96% всего вещества. Ранее другим способом высчитали, что такого вещества должно быть примерно 95% [Эхо Большого взрыва, 2001]. По одной из гипотез, тёмное вещество составляет "только" 25% всего вещества, но на долю видимого вещества всё равно приходится лишь 5%, так как остальные 70% - это "вещество с отрицательным давлением, эквивалентное эйнштейновскому ламбда-члену" [Изучая "тёмную материю", 2002, с.79]. Ю.Н.Ефремов [2004] говорит примерно то же другими словами: барионная материя звёзд и газа - 4%; скрытая масса - 26%; энергия космического вакуума ("скрытая энергия") - 70% массы Вселенной. В любом случае доля видимой материи оценивается сходно, и мы должны, по крайней мере, с вниманием относиться к подобным работам. Упоминания о "скрытой", или "тёмной" энергии рассматриваются также в следующем подразделе.
5. Одинокие "чёрные дыры". Их трудно заметить, если вблизи них нет вещества, которое могло бы в них падать и светиться. Естественное предположение в духе предыдущего, но более конкретное, так как существование "чёрных дыр" доказано. Известен также механизм, при помощи которого "чёрные дыры" могут покинуть Галактику или оказаться на её периферии (см. описание "убегающих" звёзд в конспекте о звёздах).
6. Одинокие нейтронные звёзды [Смольников, 2001], хотя такие объекты в некоторых случаях можно было бы обнаружить как пульсары [Ю.Н.]. На рубеже тысячелетий одну одинокую нейтронную звезду удалось наблюдать. Она быстро двигалась, поглощая по пути межзвёздный газ, в результате чего чуть-чуть светилась в рентгеновском диапазоне [Одиночная нейтронная звезда..., 2001].
7. Одинокие белые карлики, которые трудно увидеть на большом расстоянии [Смольников, 2001].
8. Коричневые карлики, или тусклые карлики [Невидимое вещество..., 1985], т.е. тёмные "полузвёзды" массой 0,02 - 0,04 солнечной и слабым свечением в инфракрасном диапазоне за счёт гравитационного сжатия [Сурдин, 1999] или за счёт "горения" дейтерия в ядре [Сурдин, 2000б].
9. Большие количества нейтрино [Невидимое вещество..., 1985], если, конечно, нейтрино имеет массу, что вроде бы не доказано [Ю.Н.].
10. "Зародыши" комет и другие твёрдые тела Солнечной системы за орбитой Плутона [Марочник и др., 1987], а также аналогичные тела в других подобных системах [Ю.Н.]. Комета Галлея оказалась в 10 - 100 раз массивней, чем думали до изучения её космическими аппаратами. Но тогда и облако Оорта должно быть массивнее, чем обычно считается. Получается, что в Солнечной системе имеется "скрытая" масса, которая больше массы планет [Марочник и др., 1987].
11. Иллюзию "скрытой" массы создаёт магнитное поле Галактики. Наличие у Галактики "скрытой" массы утверждалось по быстрому вращению газа на периферии Галактики. Но ионизированный газ может приводиться в движение не только гравитацией, но и электромагнитным полем [Скрытая масса или магнитное поле? 1988]. Тем не менее, этот остроумный "выпад" не объясняет, почему периферические шаровые скопления вращаются вокруг Галактики быстрее, чем нужно, а это доказано [Вновь измерена масса Галактики, 1990]. Вероятно, на разных масштабах скрытая масса имеет разную природу. В пределах галактик она может быть в виде обычного барионного вещества (звёзды низкой светимости, остатки звёздной эволюции, холодный молекулярный газ и т.п.), а внешние короны галактик могут состоять из небарионного вещества [Решетников. 2003].

"Тёмная" энергия

В последнее время всё чаще звучат утверждения, что наряду со "скрытой" материей существует также "скрытая" энергия. Я не в состоянии оценить убедительность этого предположения, но попытаюсь хотя бы привести цитаты, поясняющие, о чём идёт речь. Сразу оговорюсь, что к Нашей Галактике "скрытая" энергия имеет не большее отношение, как и к любой другой части Наблюдаемой Вселенной. В самом конце 1990-х годов было открыто [или возникла иллюзия, что было открыто] ускорение космологического расширения Наблюдаемой Вселенной. До этого считалось, что "Вселенная" по мере своего расширения должна расширяться всё медленнее и медленнее, т.е. энергия Большого взрыва должна постепенно тратиться на преодоление гравитационного притяжения между галактиками и вообще между веществом и веществом. В 1998 и 1999 гг. две группы исследователей сообщили, что в результате изучения светимости далёких сверхновых 1-го типа пришли к выводу о существовании космологического ускорения [Решетников, 2003]. Получается, что "Вселенная" расширяется всё быстрее и быстрее. Большой взрыв продолжается не только в том смысле, что он произошёл недавно, и весь этот "ком вещества" всё ещё разлетается во все стороны. Продолжает действовать "двигатель" Большого взрыва. Мы видим не результаты Большого взрыва, а сам взрыв, причём, может быть, в почти начальной его стадии [Ю.Н.]. Действует глобальная "антигравитация". Она каким-то образом связана с вакуумом, который обладает "тёмной энергией". Общая плотность Наблюдаемой Вселенной на 1/3 определяется обычной материей (наблюдаемой и "скрытой"), а на 2/3 - вакуумом [Решетников, 2003].

Космические лучи

Космические лучи в значительной степени связаны с Солнечной системой, но отчасти они имеют отношение к Нашей Галактике, а потому я предпочёл рассмотреть их в данном конспекте и в данном разделе.

Земная атмосфера подвержена "бомбардировке" космическими лучами, которые открыты в 1912 г. Р.Гессом. Это потоки заряженных частиц, преимущественно протонов, хотя некоторое значение имеют также электроны и ядра гелия (альфа-частицы). Живые организмы в значительной степени защищены от их воздействия атмосферой и магнитным полем планеты. На экваторе космических лучей меньше: они отклоняются к полюсам магнитным полем. Там они часто вызывают полярные сияния и т.п. явления [Жданов, Стожков, 2001]. Воздействие космических лучей на нижние слои планеты (на тропосферу) ничтожно, но на стратосферу они оказывают огромное влияние [Стратосфера реагирует на солнечные пятна, 2001].

Космическими лучи могут быть солнечного и галактического происхождения [Тверской, 1986; Жданов, Стожков, 2001]. Первые возникают в результате вспышек на Солнце, вторые генерируются новыми и сверхновыми звёздами. Считается, что те и другие ускоряются, многократно пересекая фронт ударной волны (будучи подвержены влиянию магнитных полей, эти частицы летят не прямолинейно и могут несколько раз пересечь фронт). В Солнечной системе ударные волны отделяют область обычного солнечного ветра от солнечного ветра, возмущённого подходящими дополнительными потоками плазмы во время вспышек на Солнце. Частицы при таких вспышках "бегают" по Солнечной системе в самых разных направлениях, и вероятность многократного пересечения фронта мала. Поэтому мало частиц с очень высокой энергией [Тверской, 1986]. В Галактике происходят аналогичные процессы. Ускорение частиц осуществляется при многократном пересечении ударных волн от новых и сверхновых звёзд, что недавно было подтверждено наблюдательными данными [Найден источник космических лучей, 2002]. И в том и в другом случае непропорционально большая энергия передаётся ничтожно малой доле частиц.

Частицы солнечного происхождения многочисленны, но имеют всё-таки относительно небольшую энергию и поэтому у поверхности Земли не регистрируются, т.е. земная атмосфера защищает от них. В стратосфере же таких частиц в сотни, а то и в тысячи раз больше, чем галактических. Вспышки на Солнце дают в окрестностях Земли дозу облучения в 100 раз больше допустимой, и потому опасны для космонавтов [Улубеков, 1984]. Вспышка, породившая лучи, видна одну минуту (на 8 минут позже). Потоки высокоэнергетических частиц начинают приходить через 10 - 15 минут, но максимум наступает через несколько часов, а потом следует медленный спад. Первые частицы прилетают со стороны Солнца, а затем - со всех сторон, так как отклоняются в случайных магнитных полях солнечного ветра. Это явление называется диффузным запаздыванием [Тверской, 1986]. Таким образом, потоки частиц относительно низких энергий резко меняют интенсивность, т.к. связаны со взрывными событиями на Солнце, с его активностью [Жданов, Стожков, 2001]. В период "пятнистого" Солнца атмосферное давление над средними широтами в стратосфере на высоте 25 км увеличивается, а над полюсами падает, т.е. космические лучи солнечного происхождения заметно влияют на верхние слои земной атмосферы [Стратосфера реагирует на солнечные пятна, 2001]. Некоторое влияние оказывается и на нижние слои. Так, например, космические лучи [наверное, и солнечные, и галактические] увеличивают электропроводность атмосферы. Без них изменились бы условия накопления электрического заряда в атмосфере (поверхность Земли имеет отрицательный заряд, ионосфера на высоте 55 - 80 км нейтральна и т.д.; между верхними слоями атмосферы и поверхностью планеты имеется электрический ток, который способен за минуту разрядить Землю, но молнии непрерывно подзаряжают её). Кроме того, космические лучи увеличивают интенсивность осадков [Жданов, Стожков, 2001] и вообще влияют на облачность [Космические лучи..., 2001]. Полярные сияния, озоновые "дыры", радиационные пояса и другие явления, связанные с космическими лучами, подробно рассматриваются в конспекте о Солнечной системе. С космическими лучами солнечного происхождения связано также понятие "космическая погода" [Ю.Н.].

Частицы галактического происхождения "бомбят" атмосферу с интенсивностью 10 протонов и прочих ядер на 1 см²/с. Их энергия несоизмеримо выше, и они пробивают атмосферу. Такие частицы генерируют в атмосфере Земли так называемые "широкие атмосферные ливни" (ШАЛ) - потоки высокоэнергетических частиц, каждая из которых получила часть энергии исходной частицы [Тверской, 1986]. Так, например, частица с энергией 10¹⁵ электрон-вольт (эВ) порождает "ливень" с числом вторичных частиц до нескольких миллионов. Ось ливня определяется направлением прихода первичной частицы. Впервые "ливни" наблюдались французским учёным П.Оже в 1938 г. [Жданов, Стожков, 2001]. Примечательно, что при пятнах на Солнце галактические лучи "выдуваются" из Солнечной системы потоками плазмы, т.е. Солнце защищает нас от галактических лучей [Тверской, 1986]. Получается, что потоки частиц высоких энергий тоже меняют свою интенсивность в окрестностях Земли, но лишь в связи со вспышками на Солнце. В остальное время интенсивность таких потоков до недавнего времени считалась постоянной. Это объяснялось равномерным прилётом частиц, которые возникли при многих звёздных взрывах и хаотически "гуляли" по Галактике длительное время, меняя направление в самых различных магнитных полях. Недавно замечено постепенное уменьшение потока космических лучей галактического происхождения. Это означает, что основной вклад в этот поток делает какая-то конкретная относительно близкая сверхновая звезда, но всё-таки по нашим человеческим меркам она взорвалась давно и далеко, а потому мы пока не знаем, где это произошло [Жданов, Стожков, 2001]. Получается, что, кроме "космической погоды", имеется также "космический климат", обусловленный взрывными событиями в Галактике [Ю.Н.].

Получается, что земная атмосфера защищает нас от высокоэнергетических частиц солнечного происхождения, солнечная атмосфера (т.е. плазменная солнечная корона, заполняющая всю Солнечную систему) - от более опасных галактических частиц. Можно предположить, что межгалактическое пространство заполнено ещё более жёстким излучением (от квазаров и т.п.), но от него защищает нас "атмосфера" Галактики - корональный галактический газ, нагретый до температуры не менее 2 миллионов градусов (как нагрет такой же газ солнечной короны) [Ю.Н.]. Если это так, то мы живём внутри "матрёшки", защитные оболочки которой принадлежат структурам разного иерархического ранга. Можно сделать ещё один натурфилософский вывод: космическое пространство, ранее казавшееся нам однородной пустотой, на самом деле крайне разнообразно по своим характеристикам.

Глава 3. Строение, движение и эволюция нашей Галактики.

Строение нашей Галактики

Наша Галактика, или Млечный Путь, относится к типу спиральных галактик. В её составе, как уже говорилось, приблизительно 150 миллиардов звёзд [Дагаев, 1955б]. Как выяснил ещё Гершель, она наиболее богата звёздами в области созвездий Щита, Стрельца, Скорпиона и Змееносца. Это направление на центр Галактики, на её ядро [Дагаев, 1955б]. В созвездиях Возничего и Близнецов Млечный Путь столь беден звёздами, что с трудом различается невооружённым глазом. Это направление от центра Галактики [Дагаев, 1955б].

Звёздная плотность в разных частях Галактики резко различна. В окрестностях Солнца одна звезда находится в среднем в объёме 300 кубических световых лет (в кубе с рёбрами по 6,7 световых лет) [Дагаев, 1955б]. К центру Галактики плотность возрастает примерно в 100 раз, к краю - падает. Кроме того, имеются звёздные сгущения иного рода.

Тот же Гершель определил, что особенно мало звёзд видно на перпендикуляре к плоскости Млечного Пути - в созвездиях Дева и Волосы Вероники. Это означало, что Галактика сплюснута, а в указанных созвездиях находится её северный полюс (галактический северный полюс).

В настоящее время, как уже говорилось, известно, что Галактика шаровидна, но больше всего звёзд сосредоточено вблизи одной плоскости. Это образование называется диском Галактики и противопоставляется её более объёмной и шарообразной части, именуемой гало. В диске звёзды распределены тоже неравномерно. Центральная часть диска сильно утолщена и образует ядро, где звёзд особенно много (есть мощные звёздные облака, и средняя звёздная плотность в 100 раз больше, чем вблизи Солнца). Кроме того, звёзд несколько больше в отходящих от ядра и лежащих в плоскости диска четырёх спиральных рукавах, или ветвях. А вне центральной плоскости - в гало - звёзд особенно мало, и концентрация их равномерно падает по мере удаления от ядра.

Диаметр Галактики составляет примерно 100 тысяч световых лет, или 30 тысяч парсеков. Толщина спиральных ветвей - около 1000 световых лет [Дагаев, 1955б]. Значит, Галактика, если понимать под ней диск, сплюснута примерно в тысячу раз. Галактическое ядро в первом приближении шаровидное, или чуть сплюснутое, имеет диаметр около 4000 световых лет, т.е. примерно в 10 - 30 раз больше обычных шаровых скоплений. Ядро окружено шаровыми скоплениями.

Масса Галактики - примерно 100 миллиардов солнечных масс, что определено по скорости вращения её частей вокруг центра [Дагаев, 1955б]. Масса ядра - порядка 6 миллиардов солнц, т.е. только 5% всей Галактики. В связи с этим можно предположить, что Наша Галактика, как и все галактики, это, по масштабам подобных образований, очень молодая структура, в которой формирование ядра только началось. Во многих маленьких и потому быстрее эволюционирующих системах (Солнечная система, системы планет с их спутниками) или в уже достигших стабильности системах (атомы) доля массы, сконцентрированной в ядре, значительно выше [Ю.Н.].

Объекты разного типа распределены по Галактике по-разному. Голубоватобелые гигантские и сверхгигантские звёзды сосредоточены в спиральных ветвях, причём входят в состав плотных звёздных облаков из миллионов и десятков миллионов звёзд [Дагаев, 1955б]. Тёмная пылевая материя тоже концентрируется, главным образом, в спиральных ветвях. По направлению от Солнца её особенно много в Орле, Змее, Стрельце и Скорпионе. Она скрывает часть галактического ядра. В спиральных рукавах много и светлых диффузных туманностей, и долгопериодических цефеид. Рассеянные звёздные скопления тоже характерны для диска Галактики и несколько тяготеют к её спиральным ветвям. Все эти объекты образуют плоские подсистемы Галактики. Причина такого положения в общих чертах понятна: всё это молодые и короткоживущие объекты, и рождаются они именно здесь (в диске и особенно в его рукавах).

Что же касается короткопериодических цефеид, долгопериодических переменных звёзд с периодом 150 - 200 суток (красных сверхгигантов), субкарликов, а также шаровых скоплений, то их концентрация одинаково убывает по мере удаления от ядра во всех направлениях [Дагаев, 1955б]. Это сферические подсистемы. Как правило, это старые объекты, и родились они до того, как образовался галактический диск.

Различаются также промежуточные подсистемы - эллипсоиды вращения с различной степенью сжатия. Они образованы планетарными туманностями, новыми звёздами, белыми карликами, миридами, некоторыми типами красных переменных звёзд [Дагаев, 1955б]. Наверное, к данному перечню можно присоединить звёздные скопления, которые по своим параметрам промежуточны между рассеянными и шаровыми (см. выше).

Ниже мы подробней рассмотрим основные части Нашей Галактики - ядро, диск со спиральными рукавами, а также гало.

Ядро нашей Галактики (Балдж)

Ядро Нашей Галактики - одна из её структур, но столь особая и значимая, что её рассмотрение вынесено в особый раздел книги.

Ядро в значительной степени закрыто газопылевыми облаками, и потому особый интерес представляет его исследование в радиодиапазоне, в котором эта среда прозрачна для электромагнитных волн.

Ещё в 1932 г. при изучении атмосферных радиопомех случайно выяснилось, что с галактическим ядром связан главный максимум космического радиоизлучения. Причём ядро, как и спиральные ветви, "шумит" во всём радиодиапазоне, который в 1500 раз шире оптического. И ядро, и спиральные ветви находятся в плоскости галактического экватора, а поэтому можно сказать, что "шумит" галактический экватор. С ростом частоты интенсивность радиошума не убывает в отличие от того, как это наблюдается для многочисленных "точечных" радиоисточников вне галактического экватора [Гетманцев, 1955]. Это может говорить об огромном множестве "радиопередатчиков", сливающихся в единый гул, т.е. в галактическом ядре идут различные и многочисленные процессы, порождающие радиоволны. До начала эпохи радиоастрономии о самом факте существования галактического ядра судили только по характеру вращения звёзд в Галактике и по инфракрасным фотографиям, на которых за облаками пыли было видно обширное и яркое звёздное облако.

Галактическим экватором, т.е. плоскостью спиральных ветвей, радиоволны излучаются тоже во всём диапазоне, как и ядром. Есть и вторичные максимумы, которые на галактической долготе 240 и 60 градусов совпадают с направлением вдоль спиральных ветвей, т.е. с особенно большой толщей этих ветвей для земного наблюдателя [Гетманцев, 1955]. Из этого можно сделать вывод, что "шум" ядра может вызываться такими же процессами, которые идут и в спиральных ветвях, хотя со значительно меньшей интенсивностью. Некоторые из этих процессов мы теперь знаем - образование волокон и других сгущений вещества при столкновении газопылевых облаков, гравитационный коллапс газопылевых глобул в звёзды, рождение огромного числа звёзд, в т.ч. особенно ярких и короткоживущих, разнообразная активность переменных, новоподобных и новых звёзд (пульсирование, периодическое взрывное сбрасывание оболочек), взрывы нестабильных отживших звёзд-сверхгигантов, взрывы сверхновых звёзд, образование из них пульсаров, столкновение и слияние ударных волн от давно взорвавшихся сверхновых звёзд, взаимодействие этих ударных волн с газопылевыми туманностями и "подхлёстанное" ими звездообразование... Наверное, почти все эти процессы могут быть источниками радиоволн, причём самых разных по частоте.

По мере удаления от центра к полюсам Галактики (т.е. вне галактического экватора) интенсивность радиоизлучения сначала быстро падает, но потом (с 15 - 20 градусов дуги) это падение становится медленным и плавным, в результате чего близ галактических полюсов оно меньше только в 2 - 3 раза [Гетманцев, 1955]. Это вроде бы означает, что вся Вселенная, как и ядро Галактики, обладает довольно высоким радиофоном, и процессы везде могут быть сходными. Тем не менее, как уже говорилось, вне галактического экватора (в т.ч. вне галактического ядра) интенсивность радиоизлучения убывает с ростом частоты - обратно пропорционально частоте, а для ядра это не характерно. Имеются вне ядра и "точечные" радиоисточники - галактические и внегалактические [Гетманцев, 1955]. Значит, во Вселенной имеются многочисленные объекты, обладающие "радиоспецификой". Какие-то совершенно определённые процессы порождают характерные радиоволны, резко отличные от фона и значительно перекрывающие его. Это ещё один довод в пользу того, что в ядре Нашей Галактики, по крайней мере, в первом приближении нет какого-то одного уж очень мощного "радиопроцесса", и наблюдаемая активность обусловлена многими различными по своей природе событиями, происходящими в разных точках.

Характер убывания радиоизлучения от центра к полюсам Галактики [Гетманцев, 1955, рис. 10] говорит о "радиосплюснутости" ядра, что очень важно, т.к. в инфракрасном диапазоне оно вроде бы предстаёт почти шарообразным или неправильным из-за плохой видимости. Можно предположить, что этот "звёздный шар" имеет дискообразное или, по крайней мере, чечевицеобразное сгущение звёзд в галактической плоскости, т.е. он в меньшем масштабе и при большей плотности повторяет структуру Галактики, которая обладает диском и гало. Правда, сплюснутость эта всё-таки не столь велика, как сплюснутость галактического диска (не в 1000 раз тоньше, чем гало). Получается, что центр Галактики в некоторой, хоть и не очень значительной степени, но тяготеет к шарообразности, а окраины - к дискообразности, т.е. Галактика частично воплощает в себе "идею Сатурна". Сходство с Сатурном ещё более усиливается, если вспомнить о теории, согласно которой "галактики с кольцом" возникают при слиянии двух галактик: центральная эллиптическая часть - из массивной главной галактики, кольцо - из разорванного приливными силами спутника [Решетников, 2000]. Словно в подтверждение этих слов совсем недавно на периферии галактического диска было открыто настоящее кольцо, образовавшееся из галактики-спутника [У Млечного Пути обнаружилось кольцо, 2003].

Чёрная дыра в ядре нашей Галактики

Тем не менее, хотя в ядре Галактики действительно нет какого-то одного центра, который бы своей активностью перекрыл суммарную активность ядра, там обнаружился особый объект, претендующий на роль "галактического солнца". Как недавно выяснилось в результате исследования радио- и инфракрасного излучения, в самом центре Галактики, т.е. в центре её ядра (в созвездии Стрельца, у объекта Стрелец А), имеется гигантская чёрная дыра. Её масса разными исследователями и в разное время оценивалась по-разному: в 4 миллиона раз больше солнечной [Природа, 1985, № 10], в 5 миллионов раз [Таунс, Гензел, 1990], в 100 тысяч раз [Рис, 1991; Чёрная дыра в Галактике? 1992], в 2,6 - 2,7 миллионов раз [В центре Млечного Пути..., 1999]. В конце концов всё чаще стала фигурировать цифра 2,6 миллионов [Сурдин, 2002а], которую мы и примем. Падающий в такую крупную дыру газ должен пересекать горизонт событий, т.е. видимую границу чёрной дыры, далеко от её центра и потому не должен очень сильно разогреваться из-за атомных столкновений, но источник радиоволн и инфракрасных лучей, который наблюдается в центре Галактики, таким падением объяснить можно [Хокинг, 2000].

Специфичность излучения галактического центра была открыта ещё в 1930-е годы военным специалистом К.Янским, изучавшим помехи и шумы радиосвязи [Таунс, Гензел, 1990]. В дальнейшем изучению галактического центра помогли полёты в ближний космос, и в 1974 г. был открыт объект Стрелец А*, или Sgr A*, после чего началось быстрое накопление сведений о нём [Сурдин, 2002а]. Было, в частности, обнаружено мощное аннигиляционное излучение - 511 тысяч эВ (а фотоны видимого света несут энергию лишь около 2 эВ). Это означает, что происходит аннигиляция электронов и позитронов (вещество и антивещество взаимоуничтожаются, порождая излучение). Аннигилирует 10 миллиардов тонн позитронов в секунду. Подобного явления в Галактике больше нет нигде. Зарегистрированы идущие из центра гамма-лучи ещё большей энергии - 1,8 миллиона эВ. Подобное излучение может давать распад радиоактивного алюминия (²⁶Al), причём его масса должна соответствовать массе нескольких звёзд. Такой алюминий образуется при взрыве сверхновой, но, конечно, не в столь большом количестве. Значит, были многократные взрывы сверхновых, и в окрестностях "дыры" шло накопление этого химического элемента.

Из теории "чёрных дыр" следует, что сама "дыра" не должна по объёму превышать Солнце, но её мы не можем видеть. Зато мы должны видеть окрестности "дыры", где падающее в неё вещество сталкивается и испускает радиоволны. К настоящему моменту в ходе наблюдений выяснено, что эта центральная зона по размеру не превышает орбиту Юпитера или даже меньше, если облака "размывают" её видимые контур.

Далее на расстоянии 1 - 2 световых лет от "дыры" пространство густо заселено звёздами [Таунс, Гензел, 1990]. Здесь их около 10 миллионов, в то время как вблизи Солнца в таком объёме редко встретишь одну звезду [Сурдин, 2002а]. Среднее расстояние между ними в 300 раз меньше, чем от Солнца до Проксимы Центавра (ближайшей звезды). Масса этих звёзд составляет 3 - 4 миллиона солнечных. Тем не менее, даже такой массы мало, чтоб эти звёзды сами по себе могли создать галактический центр. И вращаются они не так, как было бы в чисто звёздном центре: скорости возрастают к центру [Таунс, Гензел, 1990]. На основании изучения 200 звёзд установлено, что на расстоянии чуть более 2 световых лет скорость орбитального вращения составляет 3000 км/с, на расстоянии 5 световых лет - 1000 км/с [В центре Млечного Пути..., 1999]. В другой публикации сказано, что звёзды здесь перемещаются со скоростями до 1500 км/с [Сурдин, 2002а], что "попадает" в тот же интервал. Позднее сообщалось, что в течение 10 лет изучалось движение почти тысячи звёзд. Приведено описание движения одной из них, особенно близкой к центру Галактики. Звезда S2 движется по эллиптической орбите с радиоисточником Sgr A* в фокусе. Она приближается к нему на расстояние 120 а.е., или 16,5 световых часов (три расстояния от Солнца до Плутона) и тогда движется со скоростью более 5000 км/с. Наиболее удалённая точка орбиты находится в 10 световых днях от центра. Период обращения - 15,2 года [Вибе, 2003б].

Чуть дальше находится полость с отдельными облаками разреженного ионизированного водорода. Эти облака вращаются со скоростями от 250 до 400 км/с и более (чем ближе к "дыре", тем быстрее). Зарегистрированная скорость некоторых облаков доходит до 1000 км/с. Далее на расстоянии до 10 световых лет имеется сплошной диск из горячего ионизированного водорода (одиночные протоны, потерявшие электрон). Диск вращается вокруг центра со средней скоростью порядка 110 км/с и заметно наклонён к плоскости галактики (виден как эллипс). По другим данным, область горячего разреженного ионизированного газа простирается на 5,5 световых лет от звезды [Природа, 1985, № 10], но, может быть, в первом случае говорилось а диаметре, а в другом о радиусе объекта [Ю.Н.]. В общем, вблизи "дыры" находится горячий газовый диск, а ещё ближе к ней - полость с газовыми перетяжками внутри.

Далее на десятки световых лет простирается диск холодного нейтрального газа и пыли [Природа, 1985, № 10], к которому примыкают газовые дуги длиной до 200 световых лет [Таунс, Гензел, 1990]. Кроме того, от центра (или, точнее, к центру) тянется выброс - сильно изогнутый "галактический лепесток", расположенный в плоскости Галактики. Его длина - 600 световых лет, а ширина - десятки световых лет.

Поток вещества к центру равен 1 солнечной массе за 1000 лет. Значит, чёрная дыра продолжает "пить" галактическое вещество и продолжает увеличиваться в размерах. Если мощность этого потока за 5 миллиардов лет была примерно такой же, то "дыра" должна иметь массу порядка 5 миллионов солнечных, что очень похоже на правду, если судить об этой массе по скорости вращения соседних объектов [Таунс, Гензел, 1990]. Впрочем, не совсем ясно, корректно ли указанное среднее значение мощности потока [Ю.Н.], если за 8 лет (очевидно, к концу 1980-х годов) интенсивность аннигиляции уменьшилась в 4 раза, а затем вернулась к прежнему уровню [Таунс, Гензел, 1990]. В общем, о массе чёрной дыры правильней судить по скорости вращения звёзд и газа вблизи центральной точки Галактики, а эта скорость была уточнена позднее 1900 г., т.е. масса дыры составляет не 5, а 2,6 миллионов солнечных масс (см. выше).

Рентгеновское излучение Sgr A* было замечено лишь в сентябре 1999 г. при наблюдении с орбитальной рентгеновской обсерватории "Chandra" (США), так как оно слабое, но в октябре 2000 г. наблюдалась 10-минутная вспышка, когда светимость возросла в 45 раз [Сурдин, 2002а]. Получается, что "дыра" глотает вещество неравномерно - большими и маленькими "порциями". Она в принципе может "разорвать" целую звезду и вскоре "проглотить" её вещество, но, наверное, ближайшие звёзды, в основном, уже "проглочены", а когда-то поглощение звёзд происходило чаще, и галактический центр был "маленьким квазарчиком" [Ю.Н., см. раздел о квазарах]. Аналогичные центральные "дыры" во многих других галактиках значительно активнее [Сурдин, 2002].

В 2003 г. наблюдались настоящие вспышки близ "галактического солнца" - в видимом световом диапазоне [Сурдин, 2004в]. Перед этим в течение нескольких лет велись наблюдения, и вспышек не было. Первая серия вспышек произошла 9 мая, вторая - 16 июня. Во втором случае удалось зафиксировать переменность излучения с периодом 17 минут (5 - 6 максимумов и минимумов). Периодичность говорит о том, что вспышки произошли в газе, вращающемся вместе с дырой. Значит, мы теперь знаем период обращения Нашей чёрной дыры. Дыра имеет вращательный момент, лишь вполовину уступающий максимально возможному в рамках теории относительности. Это первое в истории человечества измерение скорости вращения и вращательного момента чёрной дыры [Сурдин, 2004в].

Для систематизации сведений о центре Нашей галактики ещё раз приведу перечень объектов в порядке их удаления от "чёрной дыры":
1. горизонт событий, т.е. граница "чёрной дыры" (не более Солнца);
2. наблюдаемый центр величиной с орбиту Юпитера (радиоизлучение падающего и сталкивающегося вещества);
3. сгусток звёзд (1 - 2 световых года от "дыры");
4. полость разреженного вещества с облаками (более 2 световых лет от "дыры", скорость 250 - 400 км/с);
5. сплошной диск горячего ионизированного водорода (до 5,5 или до 10 световых лет от "дыры", скорость 110 км/с);
6. сплошной диск относительно холодного нейтрального газа и пыли (диаметром в десятки световых лет);
7. узкие дуги длиной 200 световых лет;
8. галактический "лепесток" длиной 600 световых лет в плоскости Галактики [Природа, 1985, № 10; Таунс, Гензел, 1990].

В настоящее время гигантские "чёрные дыры" открыты также в ядрах многих других галактик. В центре Туманности Андромеды, которая похожа на Нашу галактику, имеется "дыра" массой порядка 30-70 миллионов солнечных. В центре небольшой "соседки" Туманности Андромеды, в галактике M32 ("Сомбреро"), обнаружена "дыра", масса которой первоначально была оценена в 5 миллионов солнечных. Потом вроде бы признали, что эта масса достигает 1 миллиарда солнечных [Рис, 1991]. Но особенно характерны гигантские "чёрные дыры" для далёких галактик, называемых квазарами. Квазары подробно рассматриваются ниже - в разделе, который посвящён им специально. Сейчас я только хочу проинформировать читателя, что мощный квазар, а точнее "дыра" в центре квазара, может в год поглощать до нескольких десятков солнечных масс вещества и с соответствующей мощностью излучать энергию. Квазары - это молодость Наблюдаемой Вселенной. Многие галактические ядра прошли стадию квазара, пока не поглотили большую часть вещества вблизи себя. Наверное, сейчас квазаров становится меньше, так как всё больше вещества связывается в звёзды, а звезду труднее "сбить" с орбиты, чем газ [Рис, 1991].

Но вернёмся к рассмотрению Нашей Галактики. В центре Галактики, т.е. в ядре и рядом с ним, металличность звёзд выше, чем на периферии диска, а в диске она выше, чем в гало. Такое положение вещей объяснимо: где звёзд больше, там выше их металличность, так как энергичней идут процессы "звёздной жизни", сопровождающиеся синтезом тяжёлых элементов [Сурдин, 1999].

В центре Нашей Галактики имеется вытянутая структура (возможно бар - см. ниже). Большая ось его направлена почти на Солнце [Решетников, 2003].

Диск нашей Галактики

Нейтральный атомарный водород концентрируется в спиральных рукавах, но в смысле расстояния от центра Галактики имеет по всему диску примерно одинаковую поверхностную плотность или даже населяет преимущественно периферию диска [Сурдин, 1999].

А вот молекулярные облака концентрируются в центральной части диска (R до 0,7 килопарсека), а также образуют ОБЛАЧНОЕ КОЛЬЦО на расстоянии от 3 до 7 килопарсеков от центра Галактики. Данное кольцо имеет толщину всего 0,1 килопарсека и примерно совпадает с "кольцом звездообразования", которое описывается чуть ниже. Здесь сосредоточено около 80% галактического молекулярного вещества межзвёздной среды. Это естественно, если учесть, что звездообразование тесно сопряжено с облаками молекулярного водорода, в т.ч. с гигантскими молекулярными облаками, составлящими 90% массы межзвёздного молекулярного газа. Масса молекулярного водорода в центральном диске - 300 миллионов солнечных, а в облачном кольце - 2,5 миллиарда солнечных [Сурдин, 1999], т.е. примерно в 8 раз больше. Гигантские молекулярные облака рассматриваются как важный фактор, создающий неоднородность гравитационного поля в Галактике и возмущающий движение звёзд [Сурдин, 1999].

Кольцо звездообразования, где данный процесс обладает наибольшей интенсивностью, находится в диске на расстоянии от 3,5 до 6,5 килопарсеков от центра Галактики. Так как Солнце расположено вне этого кольца и в его плоскости, то кольцо представляется нам как область Млечного Пути, протянувшаяся на 60 градусов в обе стороны от центра Галактики [Сурдин, 1999].

Со звездообразованием связаны многие особенности этой части диска: здесь больше всего пульсаров и остатков сверхновых, отсюда исходит наибольший поток нетеплового радиоизлучения, здесь повышена концентрация OB-ассоциаций (ассоциаций молодых массивных звёзд) и т.д. [Сурдин, 1999]. В общем, как уже говорилось выше, здесь много молодых короткоживущих объектов, которые здесь и образуются в процессе звездообразования (массивные звёзды живут очень мало и взрываются в виде сверхновых с образованием пульсаров).

Интересно, что в пределах диска чётко выделяются центральный диск и остальная его часть. Выше уже говорилось, что центральный диск отделён от облачного кольца зоной, где мало молекулярных облаков и нет интенсивного звездообразования. В центральном диске средняя поверхностная плотность молекулярного водорода в 25 раз выше, чем в облачном кольце. Хотя центральный диск не сплошной, но его всё-таки можно рассматривать в качестве единого облака, так как его средняя плотность такая же (примерно 100 атомов водорода на 1 куб. см), как у гигантских молекулярных облаков. В нём есть уплотнения облака (в 100 раз; например, крупнейшее в Галактике облако Sgr B2). Но самое главное, что центральный диск вращается не так, как остальная часть диска. Тонкий молекулярный диск вращается под углом в 7 градусов к остальной Галактике. Этот тонкий диск погружён в более толстый диск атомарного водорода, который вращается под углом 30 градусов к остальной Галактике [Сурдин, 1999]. Подобным образом иногда ведут себя самостоятельные облака вне центрального диска [Сурдин, 1999]. Но это делает очень убедительной также гипотезу, что Наша Галактика возникла в результате слияния галактики, образовавшей ядро и центральный диск, а также галактики, которая стала спутником первой, а потом вытянулась по орбите, образовав наибольшую часть диска. К слову можно напомнить, что Солнце вращается вокруг своей оси тоже не совсем так, как остальная Солнечная система вокруг него, и это объясняют тем, что движение планет когда-то изменила звезда, прошедшая вблизи Солнца. Если принять эту аналогию, то можно предположить, что мимо Нашей Галактики пролетела другая достаточно массивная галактика, но, конечно, всё это лишь домыслы [Ю.Н.].

Отдельные облака молекулярного водорода встречаются в диске и вне основного облачного кольца (вплоть до расстояния в 20 килопарсеков от центра Галактики), но их очень мало [Сурдин, 1999].

Интересный объект имеется и на самой периферии галактического диска. В 2003 г. группа американских учёных доложила об открытии звёздного кольца, окружающего Нашу Галактику. Оно лежит в той же плоскости, что и галактический диск. Диаметр кольца - 120 тысяч световых лет. Напомню, что диаметр диска оценивается в 100 тысяч световых лет, и Солнце находится в 25 тысячах световых лет от его центра. Из-за такого взаимного расположения Солнца, диска и кольца это кольцо так долго не замечали. Кольцо образовано сотнями миллионов звёзд и возникло порядка 10 миллиардов лет назад в результате распада относительно небольшой галактики-спутника. За такое время её звёзды успели равномерно "разбрестись" вокруг всей Нашей звёздной системы. Кольцо не может быть далёким рукавом Галактики, т.к. населено старыми звёздами [У Млечного Пути обнаружилось кольцо, 2003].

Ещё рассказывая о галактическом диске, можно указать, что в нём сосуществуют две среды - относительно плотный межзвёздный газ и слабое крупномасштабное магнитное поле, заполненное космическими лучами.

Преобладающий возраст звёзд Млечного Пути, т.е. звёзд галактического диска, - 7 - 10 миллиардов лет. Это означает, что Солнце на несколько миллиардов лет моложе большинства соседних звёзд [Возраст и химический состав..., 1987]. Это обстоятельство нужно учесть, если мы задумываемся об инопланетной разумной жизни.

Спиральные рукава нашей Галактики

Выше мы рассмотрели статическое строение Галактики, как бы её моментальный снимок. Но в Галактике есть структуры, суть которых можно понять только в динамике, в развитии. Во-первых, это четыре спиральные ветви, или четыре спиральных рукава. Они пересекают весь диск и делают приблизительно один оборот вокруг центра Галактики [Гетманцев, 1955]. Впрочем, количество спиральных ветвей ещё вызывает споры... Находясь внутри Нашей Галактики, мы видим некоторые её области хуже, чем обитатели соседних галактик [Решетников, 2003].

Согласно волновой теории спиральных галактических структур, спиральные рукава - это волны повышенной плотности звёзд и газа, вращающиеся вокруг центра галактики, как твёрдое тело [Ефремов и др., 1998; Ефремов, 2000]. Отдельные звёзды и газовые облака проходят сквозь спиральные ветви, лишь чуть-чуть отклоняясь от круговой орбиты. Плотность звёздного "облака" при этом слегка уплотняется (звёзды ускоренно влетают в спиральные рукава и замедленно покидают их под действием гравитационного поля спирали). Кроме того, в спиральных рукавах происходит звездообразование, и звёзд в них становится больше ещё и по этой причине. Под действием излучения молодых ярких звёзд разреженный газ начинает флуоресцировать, и спиральные ветви светятся.

Спиральные рукава занимают примерно 20% диска Нашей Галактики и менее 1% всего её объёма [Сурдин, 1999], но играют исключительную роль в звездообразовании и некоторых других процессах. Интенсивность звездообразования в спиральных рукавах почти в 30 раз выше, чем в межрукавном пространстве, примерно в 100 раз выше, чем в Галактике в целом с учётом рукавов, примерно в 200 - 250 раз выше, чем в Галактике без учёта рукавов, а также примерно в 1000 раз выше, чем в гало вне галактической плоскости [приблизительные расчёты Ю.Н. по данным в книге В.Г.Сурдина, 1999]. Как уже говорилось, наибольшая интенсивность звездообразования наблюдается на расстоянии от 3,5 до 6,5 килопарсеков от центра Галактики, т.е. в "кольце звездообразования", расположенном внутри солнечной орбиты [Сурдин, 1999]. Волна звездообразования распространяется, пересекая спиральный рукав: у внутреннего края, куда втекает газ и где он уплотняется, звёзды моложе, чем у внешнего края, где эволюция массивных звёзд уже заканчивается (когерентное звездообразование) [Сурдин, 1999; Ефремов, 2000]. Аналогичное положение давно доказано также для спиральных рукавов Туманности Андромеды [Ефремов, 2000].

Спиральные рукава сформированы из звёздных комплексов размером 200 - 500 парсеков [Сурдин, 1999], т.е. тоже имеют сложную структуру. Звёздные комплексы вроде бы располагаются вдоль этих рукавов с регулярными интервалами, соответствующими "джинсовской длине волны" в теории гравитационной неустойчивости [Ефремов и др., 1998].

Для спиральных рукавов очень характерны облака молекулярного газа, сопряжённые с областями звездообразования, т.е. тёплые молекулярные облака, разогретые молодыми звёздами. Похожие, но относительно холодные молекулярные облака тоже есть в рукавах. Они есть и вне рукавов. Со звездообразованием такие облака не связаны [Сурдин, 1999].

Нейтральный атомарный водород также концентрируется в спиральных рукавах и тоже не принимает непосредственного участия в звездообразовании [Сурдин, 1999].

Голландские астрономы Оорт и Ван-де-Холст пришли к выводу, что спиральные ветви в настоящее время продолжают закручиваться [Дагаев, 1955б].

Гало нашей Галактики

Звёзды в галактическом гало имеют примерно такой же возраст, как Галактика в целом, т.е. это очень старые звёзды, принадлежащие в большинстве своём к первому звёздному поколению [Возраст и химический состав..., 1987].

Иногда указывается, что в гало находится и наше Солнце [Возраст и химический состав..., 1987], но оно всё-таки, скорее, принадлежит диску, хотя расположено чуть-чуть вне галактической плоскости. В общем, оно на границе диска и гало (см. ниже).

Согласно гипотезе Пфеннингера и др. (1994), гало заполнено маленькими плотными реликтовыми облаками молекулярного водорода радиусом порядка 30 а.е. и массой порядка массы Юпитера. При этом их общая масса может быть сравнима с массой остальной Галактики. Пересекая диск, они из-за своей плотности почти не взаимодействуют с диффузным газом, но застревают в гигантских молекулярных облаках и каждый год поставляют в диск порядка одной солнечной массы вещества [Сурдин, 1999]. Это вообще даёт повод считать галактические диски аккреционными образованиями.

Периферические шаровые скопления вращаются чуть-чуть быстрее, чем вроде бы должны, чем доказывается наличие у Галактики "скрытой" массы и нахождение этой массы в гало и короне [Вновь измерена масса Галактики, 1990].

Существует также понятие "Тёмное гало", т.е. гало, образованное невидимой материей. Размер такого гало оценивается в 50 килопарсеков, т.е. оно простирается намного дальше видимой части Галактики [Смольников, 2001], размеры которой - примерно 30 килопарсеков (см. выше). Масса Тёмного гало - 10¹² солнечных масс [Смольников, 2001], т.е. в 10 раз больше цифры, приводимой ранее для Галактики в целом (см. выше).

Короны галактик

Если гало (видимое гало) по диаметру примерно соответствует диску, то корона - это более объёмное образование, хотя тоже сферическое. Корона состоит из горячего газа и излучает рентгеновские лучи, чем она отличается от так называемого Тёмного гало. Но в пространственном отношении это, вероятно, частично перекрывающиеся образования, хотя по линейным размерам Тёмное гало в 1,5 - 2 раза больше "светлого" гало и диска, а корона, может быть, - в 10 раз превышает его (см. ниже). Терминология в данной области знаний ещё не устоялась.

Рентгеновские короны галактик открыты в середине 1990-х годов американскими учёными. Их линейные размеры примерно в 10 раз превышают размеры соответствующих звёздных систем, а температура обычно составляет около 10 миллионов градусов Кельвина, т.е. вещество должно быть ионизировано. В рентгеновском диапазоне обследовано излучение 55 галактик, в результате чего выяснено, что масса их корон, как правило, составляет от 1 до 10% звёздной массы, но у галактики M87 массы звёзд и короны оказались одинаковыми, а это означает, что подобные короны - носители "скрытой" массы [Природа, 1987, № 1]. Высокая температура корон не должна удивлять читателя, т.к. речь идёт о крайне разреженном веществе (данная температура - это только показатель гигантских скоростей частиц, но внесённый туда градусник не показал бы высокой температуры, т.к. частиц этих уж очень мало) [Ю.Н.].

В это гигантское облако раскалённого газа погружена вся Наша Галактика и, может быть, вместе с Магеллановыми Облаками, но плотность газа в 10¹⁸ раз меньше плотности земной атмосферы [Мы живём в гигантском раскалённом облаке, 2002].

По-видимому, короны представляют собой остатки газовых протогалактических облаков, нагретых давними вспышками сверхновых. В догалактические времена имелись только эти гигантские облака, а потом в более плотных центрах этих образований родились звёзды, т.е. появились галактики. Они нагрели звёздным светом и взрывами сверхновых окраины протогалактических облаков, которые превратились в галактические короны. Межгалактическая среда в 5 - 10 раз холоднее корон. Короны не остыли из-за своей крайне низкой теплопроводности, но это означает, что в коронах имеются магнитные поля (такие поля препятствуют передвижению ионизированных частиц поперёк силовых линий) [Природа, 1987, № 1]. Получается, что короны аналогичны радиационным поясам Земли, в которых заряженные частицы тоже удерживаются за счёт магнитного поля. Таковы же, наверное, звёздные короны [Ю.Н.].

Наличие газовых корон вроде бы говорит о наличии у галактик "скрытой" массы, т.к. за счёт своей известной массы они не могут удержать газ [Природа, 1987, № 1]. Но газ может удерживаться магнитным полем... [Ю.Н.]. Зато быстрое вращение периферических шаровых скоплений - это уже надёжный аргумент в пользу наличия "скрытой" массы в короне Нашей Галактики [Вновь измерена масса Галактики, 1990].

Движение звёзд и других объектов нашей Галактики

Звёзды и другие объекты Галактики вращаются вокруг её центра, но в различных плоскостях и очень по-разному в зависимости от плоскости вращения и расстояния от центра. Дело в том, что в ядре Галактики сосредоточено только 5% её массы, и притяжение других структур не менее значимо, чем притяжение ядра. Тела галактического диска движутся наиболее "планетоподобным" образом: по примерно круговым орбитам почти в плоскости Галактики, хотя зависимость скорости вращения от удалённости центра не такая, как в Солнечной системе. В 7 тысячах световых лет от центра, т.е. вблизи самого ядра, вращение происходит со скоростями порядка 100 км/с. По мере удаления от центра скорость поначалу не падает, как в Солнечной системе, а, наоборот, возрастает и на расстоянии 20 тысяч световых лет от центра составляет 250 км/с. Это максимальное для Нашей Галактики значение орбитальной скорости, если не брать в расчёт одного маленького участка в самом центре, где имеется грандиозная чёрная дыра (см. выше). Возрастание орбитальной скорости обусловлено тем, что масса центральной притягивающей области по мере удаления от центра существенно увеличивается. Далее от центра скорость начинает убывать, как в Солнечной системе, и в окрестностях Солнца (28 тысяч световых лет) составляет 230 км/с. В 45 тысячах световых лет, почти на самом краю Галактики, средняя орбитальная скорость падает до 150 км/с. Остаётся сказать, что галактический диск вращается по часовой стрелке, если смотреть со стороны его северного полюса (этот полюс близ Девы и Волос Вероники, т.е. вблизи плоскостей Небесного экватора и Эклиптики, но всё-таки в северном полушарии небесной сферы).

Вне галактического диска движение происходит ещё сложнее, так как объекты притягиваются не столько к ядру, сколько к диску. Максимальная скорость в 230 км/с достигается близ самой границы ядра (всего в 200 световых годах от этой границы) и по мере удаления от ядра резко падает - до 30 км/с [Дагаев, 1955б]. Наблюдается также увеличение скорости при пересечении плоскости Галактики (плоскости диска). Кроме того, орбиты многих объектов галактического гало сильно вытянуты.

Ещё нужно учесть, что движение объектов в Галактике не полностью синхронизировано, и в любом её месте имеются отдельные звёзды или какие-то структуры со скоростью, которая резко отличается от средней для данного места. Найдены даже несколько звёзд, которые движутся против остального звёздного потока, но таких крайне мало. Как правило, различие скоростей соседних объектов не превышает 30 км/с [Дагаев, 1955б]. Солнце, например, относительно своего потока имеет скорость в 20 км/с, т.е. примерно в 10 раз меньше скорости потока [Дагаев, 1955а].

Звёзды и другие объекты Галактики вращаются значительно быстрее, чем они должны вращаться, если бы всё вещество Галактики было сконцентрировано в видимых звёздах. Особенно это заметно на периферии Галактики. Значит, в Галактике много тёмной материи. Это могут быть тёмные газопылевые облака, планетоподобные и кометоподобные объекты, коричневые карлики и другие полузвёзды. Стивен Хокинг [2000] среди претендентов на роль носителей тёмной материи называет и чёрные дыры, отмечая, что их может быть гораздо больше, чем видимых звёзд, во что, однако, трудно поверить.

Интересно, что Галактика, все элементы которой вроде бы имеют свои собственные скорости, вращается и вся целиком в качестве жёсткой структуры. Речь идёт о спиральных ветвях - волнах звёздного и газопылевого сгущения. Звёзды входят в эти ветви и выходят из них, но сами ветви остаются, как остаётся сама собой бегущая по ржаному полю волна, в составе которой всё время обновляются пригнувшиеся колоски.

Место Солнца в Галактике и его движение

Солнце находится в диске Галактики между её краем и ядром. Оно расположено в 68 световых годах к северу от галактической плоскости (из-за чего иногда говорят, что оно расположено не в диске, а в гало) и в 25 тысячах световых годов от центра, то есть почти, но не совсем в плоскости Галактики и на полпути до её середины [Где наше место в Галактике? 1996]. Есть также сведения, что от Солнца до ядра [до центра Галактики?] 28 тысяч световых лет, а до окраин Галактики - 22 тысяч световых лет. Это очень важный показатель, так как именно здесь проходит так называемый радиус коротации - расстояние от центра, где угловые скорости звёзд и волновых спиральных ветвей Галактики равны. Ещё можно сказать, что вся эта область находится вблизи одной из спиральных ветвей, но всё-таки не в ней, а между двумя ветвями, то есть в спокойной области вдали от мест современного звездообразования. Кроме того, звёзды здесь образуют антициклон - вихревую структуру со спокойным центром, где и располагается в последние десятки миллионов лет Наша Солнечная система [Фридман, Хоружий, 1998]. С.Хокинг упоминает, что Солнце расположено на внутренней стороне одного из спиральных рукавов, что не противоречит предыдущей информации [2000]. Солнце движется вокруг центра Галактики со скоростью порядка 200 км/с или чуть более этого. Для звёздного потока в окрестностях Солнца указывается скорость в 230 км/с [Дагаев, 1955б]. Для окрестностей Солнца указывается также скорость вращения газового диска вокруг центра галактики в 200 - 300 км/с [Фридман, Хоружий, 1998].

В настоящее время Солнце вместе с Солнечной системой направляется к созвездию Геркулеса, что открыто ещё в 1783 г. Вильямом Гершелем, который заметил "раздвижение" звёзд в Геркулесе и Лире [Дагаев, 1955а; Хоскин, 1986]. "Сдвижение" звёзд наблюдается близ противоположной точки неба - в Большом Псе, Зайце, Голубе [Дагаев, 1955а]. Направление движения Солнца сходно со средним направлением движения соседних звёзд, но не в полной мере совпадает с ним. Звёздный поток в данную эпоху направляется к соседним с Геркулесом созвездиям Лебедя и Цефея. Скорость Солнца относительно потока соседних звёзд - примерно 20 км/с, что характерно для разброса звёздных скоростей и направлений [Дагаев, 1955а]. Отсюда можно сделать вывод, что Солнце движется либо чуть-чуть не в плоскости Галактики (это естественное предположение, раз оно находится не совсем в этой плоскости), либо не в точности по круговой орбите, либо на движение Солнца в данный момент существенно влияет притяжение каких-то структур вне галактического ядра (например, гигантских звёздных и газопылевых облаков ближайшей спиральной ветви, что, однако, вряд ли имеет столь большое значение). Предположить существенное влияние более близких структур трудно, так как мы не видим их вблизи себя (уж очень крупных звёзд вблизи нас нет, ярких звёзд во всех направлениях от нас примерно одинаковое количество, шаровых скоплений нет, тёмных газопылевых облаков нет, так как мы бы их увидели по поглощению звёздного света) [Ю.Н.]. Тем не менее, если не говорить о ближайших окрестностях Солнца, то вся эта область заселена и звёздами, и облаками. Плотность звёздного и газового населения здесь приблизительно равны [Сурдин, 1999]. Есть в этой области и "скрытая" масса, на что указывает кинематика звёзд [Сурдин, 1999].

Ядро Галактики видно от Солнца по направлению к созвездиям Щит, Скорпион, Змееносец и Стрелец. Примерно в этом направлении мы видим, по крайней мере, две спиральные ветви Млечного Пути с мощными звёздными облаками. В противоположном направлении - к Возничему - лишь одну окраинную ветвь, и Млечный Путь тут еле виден. Особенно мало звёзд видно в Деве и Волосах Вероники. Это северный галактический полюс.

Солнце обходит вокруг центра Галактики за 190 миллионов лет - таков наш галактический год [Марков, 1955]. Если исходить из его скорости в 230 км/с, расстояния от центра Галактики в 28 световых лет и предположения о примерно круговой орбите, то получается значение галактического года порядка 230 миллионов лет, т.е. не выходящее за пределы ошибок при округлении и т.п. [Ю.Н.]. Значит, все приведённые выше параметры местоположения и движения Солнца не противоречат один другому.

За весь период своего существования (примерно 4,5 - 4,8 миллиардов лет) Солнце должно было обойти вокруг центра Галактики чуть более 20 раз, т.е. по "галактическим часам" Солнцу примерно 20 "лет". Примерно такой же возраст у нашей планеты, а возраст земной жизни лишь чуть-чуть меньше. "Мы" приблизились к своему "совершеннолетию", и мистически настроенные читатели могут усмотреть в этом причину появления на Земле человека именно в данный момент. Именно в данный момент началась техническая революция, и люди "вылезли" в космос из своей "колыбели". А жить Солнцу по "галактическим часам" ещё порядка 50 лет, т.е. параллель с человеческой жизнью вполне корректна.

Если говорить о более точном "адресе" Солнца, то оно, вероятно, находится внутри ассоциации Sco-Cen (Скорпион-Центавр). Скопление IC 2602, расположенное в 0,16 килопарсеках от нас, возможно, является центром этой ассоциации [Сурдин, 1999], и тогда можно говорить, что мы "живём" в разреженной короне данного скопления. Но само Солнце не принадлежит скоплению и ассоциации. Его возраст уже достаточно "солиден" - примерно в 500 раз больше предельного для таких "рыхлых" группировок, и нахождение его в той или иной ассоциации случайно [Ю.Н.].

Круговорот вещества в нашей Галактике ("экология" галактик)

Современная скорость звездообразования в Галактике - 4 плюс-минус 1 солнечных масс в год. Частота рождения OB-ассоциаций и рассеянных скоплений примерно равны (3 плюс-минус 1, делённое на 10000 в год). Так как масса звёзд в типичной ассоциации на порядок превосходит массу звёзд в типичном скоплении, то звёзды рождаются, в основном, в ассоциациях.

Эффективность звездообразования в Галактике - 2 - 3%, т.е. такая часть молекулярного облака превращается в звёзды, а остальная рассеивается.

Так как известны полная масса молекулярных облаков (4*10⁹ солнечных масс) и среднее время их жизни (30 миллионов лет), можно вычислить характерное время эволюции газового диска - 1 миллиард лет.

Часть вещества звёзд возвращается в межзвёздную среду, но только часть, так как из круговорота постоянно выпадает неразрушающиеся остатки звёздной эволюции: белые карлики, нейтронные звёзды, чёрные дыры, планетоподобные объекты и т.д.

Химическая эволюция Галактики тоже идёт только в одном направлении - от простых элементов к сложным [Сурдин, 1999], хотя тяжёлый водород, дейтерий, в результате деятельности звёзд постепенно превращается в лёгкий водород - протий, т.е. концентрация тяжёлого водорода падает [Космическая ультрафиолетовая обсерватория, 2000].

Таким образом, стационарное состояние Галактики невозможно. Но межзвёздная среда Галактики длительное время пребывает в квазистационарном состоянии, так как уменьшение массы газа в процессе звездообразования и изменение его химического состава в результате выброса тяжёлых элементов из звёзд, по всей видимости, частично компенсируются аккрецией чистого межгалактического газа. Поэтому звёзды в Галактике в течение последних миллиардов лет образуются с постоянной скоростью и с постоянным составом [Сурдин, 1999]. Значит, Галактика "работает" как машина по превращению межгалактического газа в неразрушающиеся остатки звёздной эволюции и будет так работать, пока не переработает основную часть межгалактического газа, после чего наступит следующий этап жизни Наблюдаемой области Вселенной [Ю.Н.]. Имеются, впрочем, указания, что звездообразование в последние 6 миллиардов лет идёт на спад [Всё меньше рождается звёзд, 2004], хотя эта информация может относиться к Наблюдаемой области Вселенной в целом.

Полная масса межзвёздного вещества - 6*10⁹ солнечных масс. В звёзды ежегодно превращается 4 солнечных массы вещества. Без пополнения Галактика лишилась бы межзвёздного вещества за 2 миллиарда лет, а она уже существует примерно 12 миллиардов лет.

Вещество в межзвёздную среду приходит из звёзд (основная часть) и, как уже говорилось, из межгалактической среды (компенсация оттока вещества на образование неразрушающихся остатков звёздной эволюции). Звёзды теряют вещество на всех этапах эволюции, но особенно интенсивно в начале и в конце этой эволюции. Двойные и кратные звёзды теряют вещества чуть больше, чем одиночные [Сурдин, 1999]. Из молодых звёзд наибольший вклад в создание межзвёздного вещества вносят O- и B-звёзды, из разрушающихся звёзд - красные MII. Звезда солнечной массы возвращает 40% своего вещества, а звезда массой в 9 солнц - почти 90% [Сурдин, 1999]. В редких случаях может вернуться и 100%, если белый карлик, перетянув вещество спутника, вспыхивает в качестве сверхновой [Ю.Н.]. Сверхновые звёзды, т.к. их мало, поставляют мало вещества, но именно оно обогащено продуктами термоядерного синтеза, а потому имеет исключительное значение для развития жизни во Вселенной. Суммарный поток вещества от звёзд составляет около одной солнечной массы в год.

Химическая эволюция Галактики, как уже говорилось, в первом приближении идёт от лёгких элементов (водород, гелий) к относительно тяжёлым. Тем не менее, при рассмотрении этой эволюции выявляется ПАРАДОКС ЖЁЛТЫХ КАРЛИКОВ. Во-первых, не удаётся найти звёзды, где бы совсем не было тяжёлых элементов, хотя имеется много звёзд с их содержанием в 100 - 200 раз меньше солнечного. Во-вторых, если в первую половину жизни Галактики содержание тяжёлых элементов в межзвёздной среде линейно возрастало (это мы видим по химического составу звёзд, образовавшихся в разное время), то потом этот процесс приостановился. Поэтому сейчас образуются звёзды с почти таким же начальным составом, какой был у Солнца. Речь идёт о жёлтых карликах, так как именно эти маломассивные звёзды (но всё-таки достаточно крупные для наблюдений) сохранились на главной последовательности почти с момента рождения Галактики [Сурдин, 1999]. Решение парадокса видится в поступлении вещества в диск из гало Галактики и из внегалактического пространства. Кроме того, вещество может поступать из богатых газом Магеллановых Облаков - соседних галактик [Сурдин, 1999; др.]. Есть даже сведения, что количество элементов тяжелее гелия начало возрастать 8 млрд лет назад, постепенно достигло "солнечного" уровня, затем пошло на убыль и 2 млрд лет назад уже составляло половину от того, что наблюдается на Солнце [Всё меньше рождается звёзд, 2004]. Если это так, то Солнце возникло в период максимальной "металличности" Галактики.

В 1963 г. над диском Галактики были открыты высокоскоростные облака атомарного водорода. Они хаотично движутся со скоростью 200 км/с и концентрируются вдоль нескольких дуг, на одной из которых лежат Магеллановы Облака и протянувшийся от них Магелланов Поток ("хвост"). Но есть и другая гипотеза: при взрывах сверхновых образуются горячие пузыри ("фонтаны" ионизированного газа), которые всплывают над диском, а потом охлаждаются и падают на диск. Возможно, верны обе гипотезы, так как некоторые из высокоскоростных облаков почти не имеют тяжёлых элементов, а некоторые весьма металличны (0,1-0,01 солнечной металличности), что характерно для выбросов сверхновых.

В настоящее время можно построить следующую схему потоков вещества в Галактике (по В.Г.Сурдину, 1999, но с поправками и усреднениями, так как в тексте и на схематичном рисунке приведены чуть-чуть разные цифры). Каждый год примерно 200 солнечных масс диффузного газа превращается в молекулярные облака, в т.ч. в гигантские молекулярные облака. Столько же вещества молекулярных облаков расходуется на звездообразование, хотя в звёзды превращается лишь 2 - 3% вещества (3 - 5 солнечных масс), а остальное вещество в процессе звездообразования рассеивается в виде диффузного газа. Во время гибели или постепенного угасания звёзд 4/5 их вещества выводится из круговорота в виде белых карликов, нейтронных звёзд и чёрных дыр, а 1/5 - рассеивается в виде диффузного газа (менее одной солнечной массы). Недостаток диффузного газа, по-видимому (гипотетически), частично компенсируется его приходом из межгалактической среды (от 2/5 до 1 солнечной массы в год). Количество диффузного газа, таким образом, удерживается примерно на одном уровне из-за его возникновения при звездообразовании и при разрушении звёзд, а также за счёт прихода извне.

Рассмотрение подобных вопросов обретёт ещё больше сходства с "земной экологией", если выяснится, что в галактическом круговороте вещества принимают участие разумные обитатели Галактики. Вероятно, однако, что их роль станет ощутимой лишь в далёком будущем, хотя уже сейчас люди серьёзно "загадили" околоземное пространство космическим мусором (см. конспект сведений о Солнечной системе).

Эволюция нашей Галактики

Мне не удалось найти в литературе целостное описание эволюции Нашей Галактики, если говорить об эволюцию её структуры. Считается, что мы не знаем основные этапы развития Галактики. Тем не менее, представления об её эволюции существуют и "между строк" читаются во многих публикациях.

Во-первых, предполагается, что Наша Галактика, как и другие подобные структуры, образовалась из первоначального сгущения газообразного вещества. При этом считается, что подобное сгущение не могло возникнуть в результате одного только гравитационного скучивания частиц газа (водорода и гелия), т.к. для данного процесса не было времени [Бернс, 1986; др.]. Мы знаем, что Галактика очень быстро сформировалась как звёздная система. Её наиболее старые звёзды, а также все шаровые скопления имеют возраст, близкий к хаббловскому возрасту Вселенной [Сурдин, 1999]. Косвенно о том же говорит наличие вполне сформировавшихся галактик на самом краю Наблюдаемой области Вселенной [Сурдин, 1996]. Напомню, что свет от этих далёких объектов шёл до нас порядка 10 миллиардов лет, и мы видим их молодость, когда от Большого взрыва прошло не более 1 - 2 миллиардов лет.

Значит, первоначальное сгущение газа порождено самим Большим взрывом или событиями, которые он сразу же спровоцировал, т.е. эволюция галактик и других больших структур начиналась не "снизу вверх", а "сверху вниз" [Бернс, 1986]. Уже в первые мгновения после такого взрыва возникли флуктуации плотности вещества. Единое целое распалось на "сгустки", породившие со временем отдельные галактики, а также их скопления и сверхскопления.

Вероятно, при формировании такой неоднородности сыграли роль вихревые движения вещества: вещество не просто разлеталось во все стороны, а образовывало "струи", которые причудливо закручивались и взаимодействовали одна с другой (турбулентность). Поэтому "сгустки" вещества изначально приобрели то или иное движение, а также вращение вокруг своей оси. Движение галактик в пространстве (и "индивидуальное", и в виде единых потоков), а также их вращение вокруг оси унаследовано от этих первых струй. В дальнейшем "обработку" первичного материала "подхватила" гравитация. Подключились и другие процессы, в т.ч. связанные с образованием магнитного поля, которое сильно влияет на движение ионизированного газа. Всё это, наверное, привело к формированию гигантского облака, которое мы называем протогалактическим.

А вот дальнейшая эволюция этого облака могла идти различными путями в зависимости от его размеров, формы, степени монолитности, скорости вращения, относительного движения частей. Мы эти параметры не знаем. Они могут быть разными для разных протогалактических облаков.

Вряд ли это облако (атомы водорода и гелия с ничтожной примесью изотопов лития, бериллия и бора) находилось в равновесном состоянии, т.к. в противном случае рождение Нашей Галактики растянулось бы на многие миллиарды лет. Если бы были силы, которые успешно препятствовали коллапсу облака, то на их преодоление ушли бы десятки или сотни миллиардолетий. Ведь сначала должна была бы исчерпаться энергия, питающая эти силы. Препятствовать коллапсу в той ситуации могло только беспорядочное вихревое движение газовых струй, унаследованное от Большого взрыва. Эти струи "растаскивали" бы облако во все стороны, а гравитация не давала бы веществу рассеяться. Но чем больше структура, тем медленнее она эволюционирует. На затихание вихревого движения ушло бы так много времени, что Наша Галактика не родилась бы и к настоящему моменту. А мы знаем, что и многие звёзды, и все шаровые скопления Нашей Галактики моложе Наблюдаемой Вселенной лишь на какие-то один-два миллиарда лет (или менее того). В других же галактиках (особенно маленьких) имеются молодые шаровые скопления, да и газа по массе бывает больше, чем звёзд, но к Нашей звёздной системе это не относится. Она возникла из гигантского протогалактического облака.

Значит, в "нашем случае" только что возникшее протогалактическое облако сразу же стало коллапсировать. Оно могло коллапсировать почти в режиме свободного падения или всё-таки замедленно, если движение газовых струй как-то сопротивлялось коллапсу (это вероятнее). Но повторяю, что это сопротивление не было уж очень большим. А то, что на коллапс ушёл один-другой миллиард лет, так ведь речь идёт о гигантском пространстве, которое должны были пролететь частицы газа под действием взаимного притяжения. Протогалактическое облако по размерам было во много раз больше современной звёздной системы, которая из него возникла. Окраины этого облака так и не успели проколлапсировать, образовав вокруг Нашей Галактики грандиозную корону, которая по линейным размерам, может быть, раз в 10 превышает звёздную систему [Природа, 1987, № 1]. Теперь коллапс коронального газа, который ионизирован и разогрет до 10 миллионов градусов [Мы живём в гигантском раскалённом облаке, 2002], может быть приостановлен тепловым движением частиц, давлением звёздного света, потоками плазмы от сверхновых звёзд и магнитным полем Галактики, но тогда эти факторы не действовали.

Естественно предположить, что вследствие коллапса плотность газа возросла, и в какой-то момент в этом газе произошла первая вспышка звездообразования [Сурдин, 1999]. Это и был момент "рождения" Нашей Галактики как звёздной системы (если же говорить о Галактике в широком смысле, то она "родилась", когда от остального вещества Вселенной обособился сгусток вещества, образовавший протогалактическое облако).

Можно предположить, что первая вспышка звездообразования произошла в самом центре коллапсирующего облака или очень близко от этого центра, если облако не было симметричным. О других деталях данного процесса, а также о событиях, последовавших за первой вспышкой, мы можем только догадываться, вглядываясь в самые древние объекты Нашей Галактики - ядро, шаровые скопления и звёзды поля галактического гало.

Если бы всё вещество падало к центру облака строго по прямой, то всё оно оказалось бы в этом центре, чего, однако, не произошло. Часть вещества действительно оказалась в центре, т.е. в ядре Галактики, где теперь даже имеется гигантская чёрная дыра. Но заведомо большая часть древних галактических объектов в настоящее время вращается вокруг центра Галактики по незамкнутым и сильно вытянутым орбитам, напоминающим лепестки цветка (каждый виток по- хож на предыдущий, но всё-таки не полностью повторяет его, а сме- щён на место соседнего "лепестка"). Значит, наряду с падением к центру, в движении протогалактического вещества имелась и другая составляющая, которая, по всей видимости, была унаследована от "завихрений" Большого взрыва. Вещество упало не точно в центр, а рядом с ним, т.е. стало двигаться вокруг центра по сильно вытянутым орбитам. Так в Солнечной системе движутся долгопериодические кометы. Энергия вихревых струй перешла в энергию орбитального движения.

Другой вопрос касается структуированности протогалактического вещества. В настоящее время вещество в гало объединено в звёзды его поля, шаровые скопления и, как иногда считается, в небольшие компактные облака молекулярного газа. Когда возникли эти объекты? Мы знаем, что очень давно, т.к. их возраст соразмерен возрасту Галактики. Но мы не можем утверждать, что это произошло сразу же за первой вспышкой звездообразования в галактическом центре. Дозвёздные сгустки вещества могли возникнуть гораздо раньше благодаря уже упоминавшимся первичным вихрям, т.е. протогалактическое облако могло быть изначально "клочковатым". В эволюцию этих сгустков очень рано могла вмешаться также гравитация, т.е. протогалактический газ мог одновременно падать и в центр всего облака, и в местные центры (гравитационное скучивание, дальнейшая фрагментация). Это означает, что вспышки звездообразования могли произойти в местных центрах независимо от вспышки в ядре (в этом случае первичность центральной вспышки ещё нужно доказать). Это и имеют ввиду космологи, когда говорят, что шаровые скопления могли образоваться и до, и после образования Галактики. Ясно только, что это произошло примерно в одно время и относительно скоро после Большого взрыва.

Нельзя исключать и такой возможности, что взрыв звездообразования, произошедший в центре протогалактического облака, спровоцировал волну звездообразования в остальном облаке, из которого возникла Галактика. Газа было очень много, и в большом количестве рождались массивные звёзды, которые по галактическим масштабам времени мгновенно "прогорали", взрываясь в виде сверхновых. Ударные волны их взрывов слились и в виде единой ударной волны "прокатились" по молодой Галактике от центра к периферии навстречу веществу, падающему в центр. Эти ударные волны, а также звёздный свет (давление света) могли даже приостановить коллапс. Мы ведь теперь знаем, что некоторые некрупные галактики вообще разлетаются во все стороны (взрываются) после того, как в них происходит взрыв звездообразования [Силич, 1998; "Самоубийство" галактик..., 1992]. Но с Нашей гигантской галактикой этого не произошло, хотя коллапс галактической короны мог из-за этого почти прекратиться. По одной из гипотез, звёзды в эллиптических галактиках рождаются, когда газ нагреется до 10 миллионов градусов Кельвина в результате первой вспышки звездообразования. Тогда протогалактика сначала расширяется, сбрасывает часть массы, а оставшийся газ сжимается до размеров, зависящих от массы, и распадается на холодные плотные облака [Природа, 1988, № 8]. В этом случае шаровые скопления появились несколько позже первой вспышки звездообразования в центре протогалактики.

Так или иначе, но после этих бурных событий Галактика на какое-то время пришла в почти стационарное (квазистационарное) положение. Наверное, она в это время представляла собой шар или почти шар из многих тысяч шаровых скоплений, вращавшихся по незамкнутым вытянутым орбитам вокруг общего центра масс [Ю.Н.]. Хочется особо подчеркнуть, что шаровых скоплений было во много раз больше, чем сейчас, причём они были самого разного размера [Кинг, 1985; Мэтьюсн, 1985; Сурдин, 1999]. Кроме того, в самом центре этого шара могло быть сравнительно небольшое ядро из таких же шаровых скоплений. Могло быть там и единое очень крупное шаровое скопление. А в центре этого шарового скопления уже могла появиться небольшая чёрная дыра, хотя обычно считается, что такая дыра возникла позднее [Ю.Н.]. Шаровые скопления будущего гало были тогда очень разными по массе и размеру. Иными словами, это могли быть скопления со всеми переходами между шаровыми и рассеянными [Кинг, 1985; Мэтьюсн, 1985; Сурдин, 1999]. Тогда эти две категории скоплений ещё не обособились. Но, наверное, уже тогда большинство звёзд в гало были одиночными. Ведь мы знаем, что шаровые скопления тоже должны были возникнуть в результате коллапса газовых сгустков, а при любом коллапсе центральная часть образования коллапсирует, но периферические участки имеют тенденцию разлетаться во все стороны. Это можно пояснить следующим образом: под давлением света новорождённых звёзд и под действием ударных волн сверхновых остатки дозвёздного газа рассеиваются; шаровое скопление оказывается "легче" газового протоскопления и не может удержать большинство периферийных звёзд [Ю.Н. - по аналогии с рассеянными скоплениями, которые возникают и сейчас].

Какое-то время в Галактике происходили, в основном, медленные количественные изменения, которые мы хорошо знаем, т.к. они и в настоящее время происходят в её гало. Шаровые скопления эволюционировали (см. выше описание этого процесса). За последующий десяток миллиардов лет часть шаровых скоплений исчезла. Наверное, какие-то из них, относительно "лёгкие" и расположенные близко к ядру, были разрушены его приливным воздействием и поглощены им. Какие-то из них, которые тоже были не очень массивны, могли "пострадать" от взаимодействия со своими "соседями" (столкнуться, слиться, рассыпаться). Какие-то - тоже лёгкие - могли "испариться", постепенно "выбрасывая" то одну, то другую звезду в окружающее галактическое пространство. Значительно позднее, когда возник галактический диск, он тоже стал фактором разрушения шаровых скоплений, причём важнейшим [Сурдин, 1999]. Так или иначе, но к настоящему времени уцелели только самые крупные и плотные шаровые скопления, которые вращаются далеко от плоскости галактического диска (в гало), лишь изредка пересекая диск. В своей совокупности они образуют гигантскую сферу. Чем ближе к ядру, тем их больше, т.к. здесь изначально было больше газа, породившего их. Что же касается, множества "рассыпавшихся" скоплений, то их звёзды "населяют" гало Галактики и численно во много раз превосходят своих "сверстниц", оставшихся в шаровых скоплениях [Сурдин, 1999].

В центре галактического ядра в какой-то момент (может, очень рано, вслед за первой вспышкой звездообразования, но, может быть, и на несколько миллиардов лет позже) образовалась чёрная дыра, которая поначалу могла быть весьма активной, поглощая много газа. Если ядро продолжало коллапсировать, то излишек вращательного момента, мог "выбрасываться" из центра в виде двух газовых струй, отходящих почти от полюсов "дыры". Подобную активность и сейчас демонстрируют некоторые квазары и молодые галактики, которые видны нам издалека. Тем не менее, вряд ли Наша Галактика и тогда могла быть настоящим квазаром, так как её чёрная дыра не столь велика для этого. Потом же доступный газ был поглощён "дырой" или сформировал звёзды, которые труднее "слизнуть" со своих орбит, в результате чего активность "дыры" упала.

В какой-то момент - мы точно не знаем, при каких обстоятельствах и когда, но значительно позднее эпохи формирования шаровых скоплений - у галактики появился диск. Так как звёзды диска имеют возраст в среднем порядка 7 - 10 миллиардов лет [Возраст и химический состав..., 1987], диск не должен быть старше этого возраста. А чуть моложе он может быть, т.к. часть звёзд могла попасть в него из гало [Ю.Н.]. Диск мог возникнуть в результате гравитационных процессов в самой Галактике, если часть гало сжалась (такие аккреционные диски бывают у протозвёзд - см. конспект о звёздах). Есть представление, что подобное сжатие - обычный путь эволюции галактик как вращающихся объектов, и тогда структура диска с его спиральными рукавами тем правильней, чем дольше галактика не испытывала серьёзных потрясений (столкновений с соседями, их близких пролётов). В то же время иногда считается, что спиральная структура может возникать в диске в результате столкновения галактик, так что этот вопрос не до конца решён [Сурдин, 2003б]. Сам диск тоже мог образоваться в результате взаимодействия галактик: из галактик-спутников путём их разрывов. Примерно так в результате приливного разрушения спутников сформировались кольца Сатурна. Не исключено, что современный галактический диск имеет двоякое происхождение, т.е. его центральная часть возникла из вещества исходной Галактики, а периферия - из галактик-спутников, причём последовательно могли быть поглощены несколько галактик. В пользу этого говорит наличие на самой окраине диска чётко обособленного кольца, которое могло появиться только недавно и только из вещества галактики-спутника [У Млечного Пути обнаружилось кольцо, 2003]. Примечательно также, что тонкий центральный диск из молекулярного водорода вращается под углом в 7 градусов к остальной Галактике, а более толстый центральный диск атомарного водорода - под углом 30 градусов к ней же [Сурдин, 1999]. Это ещё одно подтверждение того, что разные участки диска возникли из разных "исходных материалов". И всё-таки нужно признаться, что появление диска - это самая "тёмная" часть истории Нашей Галактики. Если диск возник из гало, то почему не все его "обитатели" оказались в диске? Или в диск собрался только газ, образовавший здесь звёзды, а прежние звёзды остались в гало? Если диск возник из галактик-спутников, то из каких и из скольких? Была ли это одна крупная галактика или много маленьких?

Появление галактического диска резко изменило "жизнь" Галактики. Шаровые скопления и другие объекты стали притягиваться не столько к ядру, сколько к диску, то "падая", то отлетая от него (и одновременно вращаясь вокруг центра Галактики). Многие из них полностью или частично "разбились" об диск, "увязли" в его гигантских молекулярных облаках и т.д. (т.е. распались, частично поглотились диском). Звездообразование пошло преимущественно в диске. Именно здесь стали взрываться сверхновые и происходить другие процессы, преображающие облик Галактики.

Наверное, почти одновременно с диском в этом диске возникли четыре спиральных рукава - волны повышенной плотности газа и звёзд, т.е. Наша Галактика приобрела свой современный облик. В дальнейшем её эволюция пошла путём постепенных изменений, описанных в предыдущем подразделе (образование и разрушение звёзд, круговорот вещества, накопление неразрушающихся остатков звёздной эволюции - небольших чёрных дыр, нейтронных звёзд, белых карликов, планетоподобных тел, накопление тяжёлых элементов, поглощение газа из межгалактической среды с постепенным увеличением массы Галактики, периодическое поглощение небольших соседних галактик, постепенное разрушение шаровых скоплений, медленный рост чёрной дыры в галактическом центре, постепенный рост других чёрных дыр, дальнейшее закручивание спиральных рукавов). К таким же постепенным изменениям нужно отнести развитие жизни на планетах и, возможно, на каких-то других телах (например, на подогреваемых приливами спутниках планет).

Накопление тяжёлых элементов в межзвёздной среде, вероятно, не было равномерным во времени. Взрывы сверхновых поставляли такие элементы в межзвёздную среду, но очевидно, что после первой вспышки звездообразования этот процесс шёл особенно интенсивно, а потом замедлился, так как замедлилось звёздообразование. Что же касается поступления в Галактику межгалактического газа, то он пока продолжает поступать с постоянной скоростью. Значит, концентрация тяжёлых элементов в межзвёздной среде должна была достичь максимума, а потом снизиться из-за разбавления "собственного" газа чужим. Есть сведения, что количество элементов тяжелее гелия начало возрастать 8 млрд лет назад, постепенно достигло "солнечного" уровня, затем пошло на убыль и 2 млрд лет назад уже составляло половину от того, что наблюдается на Солнце [Всё меньше рождается звёзд, 2004]. Значит, Солнце возникло в период максимальной "металличности" Галактики, что очень важно в смысле появления жизни в Солнечной системе.

Галактический ядра (балджи), как иногда считается, могут формироваться в результате аккреции (падения) на чисто дисковую галактику маломассивных спутников или за счёт внутренних процессов, но спровоцированных внешним воздействием [Решетников, 2003]. Если это так, то Наша Галактика в принципе в какое-то время могла быть чисто дисковой, а потом какие-то обстоятельства нарушили центральную часть диска. Однако автору конспекта такая возможность представляется маловероятной, если под "маломассивными спутниками" не понимать наши "собственные" шаровые скопления и другие объекты гало [Ю.Н.]. Есть, впрочем, гипотеза, согласно которой галактики образуются в результате слияния множества микрогалактик, напоминающих шаровые скопления. Но тогда не очень понятно, почему во внегалактическом пространстве не так уж много микрогалактик.

Особенно стабильно Галактика "функционирует" последние 5 миллиардов лет. В течение всего этого времени образуются звёзды, в т.ч. жёлтые карлики вроде нашего Солнца, которые совершенно одинаковы по изначальному химическому составу [Сурдин, 1999].

Было бы интересно "заглянуть" в будущее Галактики, но, конечно, это можно сделать только предположительно. Наверное, процессы, перечисленные чуть выше, будут продолжаться очень долго, т.е. Галактика уже миновала период своего бурного формирования и длительное время будет эволюционировать плавно, без катаклизмов галактического масштаба (как бы находясь на "главной последовательности"). Последующие этапы займут больше времени, чем вся предыдущая жизнь Наблюдаемой Вселенной. Тёмных остатков звёздной эволюции будет становиться всё больше, сами они тоже будут становиться больше (особенно чёрные дыры). Диск будет "наращивать" массу, а гало редеть. Галактика будет приобретать черты современной Солнечной системы, где наибольшая часть массы сконцентрирована в центральном теле, а также в нескольких планетах, но имеются и многочисленные мелкие тела. Всё это будут преимущественно чёрные дыры. Накопление тяжёлых элементов будет способствовать развитию жизни в самых разных уголках Галактики. Если говорить о внутригалактических процессах, то из "сонного" состояния Галактику сможет вывести только взрывообразное развитие разума, которое, может быть, началось в ней "на наших глазах" и "призвано" не допустить исчезновение всей материи в чёрных дырах.

Из внешних причин резко нарушить ход "галактической истории" может сокращение поступления в Галактику газа из межгалактической среды, если там этого газа станет заметно меньше [Сурдин, 1999]. Тогда запасы газа в Галактике постепенно израсходуются, и звездообразование прекратиться. Имеющиеся звёзды постепенно "догорят", и "свет погаснет". Тёмные остатки звёзд и другие "продукты их жизнедеятельности" обеспечат ещё более замедленный темп эволюции (столкновения твёрдых тел, их дробление, выпадение мелких тел на крупные, постепенный рост крупных тел, чрезвычайно редкие взрывы белых карликов в виде сверхновых "звёзд"). На смену звёздной галактике придёт галактика чёрных дыр.

Возможны также катастрофы в случае столкновения с другими гигантскими галактиками. Так, например, в настоящее время Наша Галактика движется по направлению к Туманности Андромеды [Дресслер, 1987], хотя и не точно на неё [Дагаев, 1955б]. Ясно только, что подобные столкновения не будут уж очень частыми. Ведь Наблюдаемая Вселенная расширяется, а гигантских галактик вблизи нас не так уж много.

Описанную картину, как уже говорилось, может резко нарушить взрывообразное развитие разума. Нам трудно предсказать, как начнут "переделывать" Галактику разумные существа, развившиеся на многих планетах и объединившиеся для совместного преобразования Вселенной. Может быть, они превратят её в подобие атома, в котором все процессы будут строго регламентированы. Тогда столкновения окажутся под запретом, бессмысленное излучение энергии тоже будет запрещено, мелкий "мусор" будет "прибран", использован, размер тел будет квантован, орбиты тел тоже будут упорядочены, квантованы. Всё это неизбежно окажется подогнанным под "общевселенские" стандарты. Будет "изобретено" гравитационное отталкивание, которым уравновесится гравитационное притяжение (для этого достаточно "перекидываться" крупными телами или направленно излучать свет в сторону соседнего объекта). Гравитационные силы станут походить на электромагнитные (и притяжение, и отталкивание). Тогда галактики и другие системы при желании могут быть "расставлены" в узлы кристаллических решёток. На смену большой газообразной Вселенной придёт большая трёхфазная Вселенная (газообразная, жидкая и твёрдая), после чего эстафета развития жизни и разума может быть передана на более высокие уровни организации материи. А на данном уровне жизнь, выполнив свою роль, перейдёт в новое состояние и по сути перестанет быть жизнью. Останется только разум, пронизавший всё галактическое вещество и "сформулировавший" (сформировавший) законы природы для высших уровней организации материи, как это, может быть, в первые мгновения Большого взрыва сделал разум на атомном и доатомных уровнях [см. - Насимович, 2000, 2002].

Возможно обитаемая зона в Галактике

Под такой зоной в Галактике, по предложению американских астрономов во главе с Г.Гонсалесом, предложено понимать область, где, вероятно, существуют условия для возникновения и эволюции многоклеточной жизни [примерно земного типа]. По мнению этих астрономов, эта зона является узким и тонким кольцом в плоскости орбиты Солнца (в галактической плоскости). Ближе к центру Галактики слишком часто вспыхивают сверхновые и слишком часто соседние звёзды "взбалтывают" кометные пояса, вызывая опасные кометные дожди. Что же касается разреженных окраин Галактики, то там мало тяжёлых элементов из-за редкости вспышек сверхновых ["Возможно обитаемая зона в Галактике", 2004].

Австралийские астрофизики и астробиологи уточнили схему Гонсалеса, показав, что радиус кольца - примерно 25 тыс. лет, а время возникновения - 8 млрд. лет назад. Они же показали, что это кольцо то расширялось, то сужалось. Кольцо охватывает менее 10% звёзд, когда-либо рождавшихся в Галактике. Около 75% звёзд этого кольца старше Земли и Солнца в среднем на 1 млрд. лет ["Возможно обитаемая зона в Галактике", 2004].

Движение нашей Галактики в пространстве

Рубин и Форд-младший, исследуя красное смещение в разных частях неба, доказали, что Наша Галактика движется относительно большинства соседних ярких галактик со скоростью 500 км/с. Относительно микроволнового излучения она движется со скоростью 400 км/с, причём в противоположную сторону, и причина такого положения пока не выяснена [Дресслер, 1987]. Согласно другой заметке [Неоднородное расширение Вселенной, 1986] вроде бы установлено, что средняя скорость разбегания галактик в одном полушарии составляет 2300 км/с, в другом - 3700 км/с, что пытаются объяснять либо взрывами, произошедшими вскоре после Большого взрыва, либо притяжением галактик к чему-либо. Измерение реликтового излучения в разных направлениях показало, что на небе имеются два полюса с плавным переходом между ними. В направлении на созвездие Льва температура излучения на 3,5 мК выше средней (2,73 K), а в противоположном направлении (Водолей) - на столько же ниже. Значит, мы движемся к созвездию Льва относительно микроволнового фона [Сурдин, 2003а].

Ясно, однако, что не существует абсолютной точки отсчёта, все скорости относительны. Так, например, центр Млечного Пути перемещается приблизительно по направлению к Туманности Андромеды - эти две грандиозные галактики сближаются [Дресслер, 1987]. В то же время вся Местная группа галактик (эти две и ещё около 20 среднеразмерных и небольших галактик) перемещаются со скоростью 600 км/с относительно усреднённого фона для Наблюдаемой области Вселенной [Дресслер, 1987]. Указывается и более точная цифра - 635 км/с. Направление - к центру созвездия Гидры [Сурдин, 2003а]. А Местное Сверхскопление галактик с центром в созвездии Девы перемещается относительно этого же фона со скоростью 150 км/с, причём мы [Местная группа] вроде бы не участвуем в этом движении, а направляемся к Сверхскоплению Гидры-Кентавра. Данное сверхскопление дальше первого в два раза. Что же касается, сверхскопления Гидры-Центавра, то оно тоже всё в целом перемещается куда-то относительно усреднённого фона [Дресслер, 1987]. В более поздней публикации называется, куда: к Сверхскоплению Шепли [Сурдин, 2003а].

Такие "местные" скорости называются пекулярными. Они далеко не малы, как думали раньше, но они согласованы в больших областях пространства и потому не приводят к быстрому сближению галактик. Существуют, таким образом, крупномасштабные потоки галактик [Дресслер, 1987]. Согласованность пекулярных скоростей галактик теряется на расстоянии в 2 раза превосходящем расстояние до Сверхскопления Гидры-Кентавра. Отсюда делается вывод, что примерно на таком удалении от нас должен находиться гипотетический Великий Аттрактор ("притягиватель"), состоящий их десятков тысяч галактик [Дресслер, 1987]. В последние годы он достаточно хорошо изучен и, как уже говорилось, называется Сверхскоплением Шепли [Сурдин, 2003а].

По мнению составителя конспекта, вероятно также, что основные из этих галактических движений унаследованы от вихревых струй вещества в первые моменты Большого взрыва, т.е. "Великого Аттрактора" может и не быть. Просто "Местная Струя" случайно оказалась направленной в сторону Сверхскопления Шепли [Ю.Н.].

Некоторые конкретные объекты в нашей Галактике

Звёздные скопления

Гиады - самое близкое к нам рассеянное звёздное скопление. В Тельце. Рядом с Альдебараном, который проецируется на скопление, но в него не входит. В 120 световых годах. Около 130 звёзд. Диаметр около 14 световых лет. Удаляющееся от нас скопление. Постепенно распадается, но просуществует ещё миллиарды лет [Дагаев, 1955а].

[Гулда пояс] местная система, или Пояс Гулда - звёздно-газовый комплекс, в составе которого не менее четырёх агрегатов:

1. со скоплением Трапеция и ассоциацией Ori OBI;
2. с ассоциацией Per OB2;
3. с ассоциацией Sco OB2 (Sco-Cen);
4. с группой Плеяд, где имеется 14 - 16 скоплений.

Диаметр Местной системы 750 - 1000 парсеков. Масса звёзд - 500 тысяч солнечных, атомарных облаков - 1 миллион солнечных, молекулярного водорода - 400 тысяч солнечных [Сурдин, 1999, табл. на с.206]. Ярчайшие звёзды Местной системы образуют Пояс Гулда (то же, что Млечный Путь для Галактики). Пояс Гулда наклонён на 18 градусов к галактическому экватору. В Местную группу входит большинство O- и B- звёзд в радиусе до 400 парсеков от Солнца. В неё входит и агрегат Ориона, и агрегат с ассоциацией Скорпиона-Кентавра, и Плеяды, и десяток сверхгигантов (в т.ч. несколько цефеид). Члены Местной группы имеют общее движение в пространстве. Наблюдаются признаки вращения и расширения системы [Сурдин, 1999].

Звёздная ассоциация в Орионе (Ori OBI) - крупная ассоциация (или агрегат) с пространственно обособленными подгруппами молодых звёзд, расположенными в порядке уменьшения возраста. В ассоциацию входят звёзды тета, бета, гамма, дельта, эпсилон Ориона и другие [Сурдин, 1999]. Расположена в 0,46 килопарсеках от Солнца. Линейный размер 130 парсеков. Угловой размер 16 градусов.

Имеются, в частности, следующие подгруппы звёзд:
1. Подгруппа 1а возрастом 7 - 12 миллиона лет уже освободилась от газа.
2. Подгруппа 1b (в т.ч. Пояс Ориона) возрастом 5 миллионов лет частично расположена за пределами родительского облака.
3. Компактная подгруппа 1c находится на краю молекулярного облака Orion A.
4. Скопление Трапеция Ориона (ядро предыдущей подгруппы) находится ещё чуть глубже в молекулярном облаке. В Трапеции Ориона продолжается звездообразование. Это скопление гравитационно связано.

Мессье 13. Шаровое звёздное скопление в Геркулесе. Одно из крупнейших в Галактике. Содержит более миллиона звёзд. Диаметр - 100 пк [Сурдин, 2001а].

[Персея двойное скопление] Двойное скопление Персея (h и x?). Рассеянное двойное звёздное скопление. Оптимальная видимость осенью и зимой в безлунную ночь (еле заметное туманное пятнышко). Из тысяч звёзд. В 4300 световых годах. Диаметр каждого из двух скоплений - 45 световых лет. Скопление постепенно распадается, но просуществует ещё миллиарды лет [Дагаев, 1955а]. Входит в состав агрегата в созвездии Персея, а данный агрегат и ещё два образуют звёздный комплекс диаметром 600 парсеков и массой молекулярных облаков в 50 тысяч солнечных [Сурдин, 1999].

Плеяды. Стожары. Рассеянное звёздное скопление в Тельце. Согласно греческой мифологии, Плеяды - это 7 дочерей Атланта, превращённых Зевсом в созвездие, чтоб спасти их от преследований охотника-великана Ориона [СЭС, 1981]. В скоплении невооружённым глазом видно 6 - 7 звёзд, в сильный телескоп - более 250. Оптимальная видимость поздней осенью и зимой. В 490 световых годах. Диаметр около 17 световых лет [Дагаев, 1955а]. Самая яркая звезда - Альциона [СЭС, 1981]. Основу "скелета" скопления образует неправильный четырёхугольник из ярких звёзд Майя, Электра, Мерепа и Алциона (перечислены по часовой стрелке, начиная с наиболее близкой к сгущению довольно ярких звёзд). Дугу в упомянутом сгущении образуют (по часовой стрелке) почти слитно видимые Астеропа I и Астеропа II, а также Гайгета и Целена. Пара звёзд со стороны Алционы - Атлант (чуть ярче) и Плейона. Перечисленные звёзды относятся к B-звёздам и столь молоды, что окружены остатками газово-пылевых туманностей, из которых образовались. В состав скопления входят и другие звёзды главной последовательности вплоть до жёлтых и красных карликов. Скопление постепенно распадается, но просуществует ещё миллиарды лет [Дагаев, 1955а].

Южная Корона, галактическая провинция (R Coronae Australis - R CrA). Одна из ближайших областей звездообразования, интересна своей заурядностью (типичностью) и отсутствием уж очень ярких звёзд, мешающих наблюдениям соседних участков. В 500 световых годах от Солнца в направлении к созвездию Южная Корона. Есть молодые звёзды, подсвечивающие туманность. Есть тёмные участки, полностью загородившие свет звёзд. Есть объекты Хербига-Аро (сгустки газа, выброшенного звездой и ворвавшегося в неподвижный газ) [Галактическая провинция Южная Корона, 2001].

Ясли. Рассеянное звёздное скопление в созвездии Рака. Видно невооружённым глазом [СЭС, 1981]. Оптимальная видимость весной. Скопление постепенно распадается, но просуществует ещё миллиарды лет [Дагаев, 1955а].

NGC 6752. Шаровое скопление в Павлине (южное небо). В 13 тыс. световых лет. В диаметре 100 тыс. световых лет. Заметно в бинокль. Недавно у 18 карликовых звёзд скопления обнаружены большие различия в химическом составе. Сделан вывод, что некоторые карлики "позаимствовали" тяжёлые элементы и вообще 10 - 30% вещества у взорвавшихся сверхновых [Из какого "сора" родятся звёзды, 2002].

Туманности

Барнард 68. Детально изученное компактное тёмное облако молекулярного водорода и пыли. В 410 световых годах от Солнца. Диаметр - 12500 а.е. (или 0,2 светового года). Температура - 16 градусов Кельвина (-257 градусов Цельсия). Давление на поверхности - в 40.000.000.000.000.000 раз меньше атмосферного. Масса - около двух солнечных. Облако изучалось на просвет: еле видимые сквозь него звёзды сравнивались с аналогичными вне облака. По поглощению и рассеиванию света изучена пыль (звёзды кажутся краснее). Изучено 3700 звёзд за облаком. Составлена самая детальная на данный момент карта пыли внутри облака (1000 точек). Облако оказалось сферически симметричным с растущей к центру средней плотностью. Сила самогравитации пока уравновешивается внутренним тепловым давлением, но такое равновесие неустойчиво, и облако, вероятно, находится на грани коллапса. Задействован был, в частности, телескопа Анту Европейской южной обсерватории. Данное облако и соседние (Барнард 69, 70 и 72 - по каталогу Барнарда) - это уцелевшие наиболее плотные области большого облака, которое полностью разрушено излучением и звёздным ветром близких массивных молодых звёзд и ударными волнами от сверхновых. В будущем эта группа облаков должна породить маленькую рассеянную ассоциацию маломассивных звёзд вроде Солнца [Как стать звездой, 2001].

Глобула B2 (Бок 2) - детально обследованная крупная глобула. Открыта Бартом Боком в конце 1940-х годов, когда открыты и другие глобулы. Изучена по инфракрасному спектру и поляризации света звёзд, проходящего сквозь неё. Масса - 12 солнечных. Радиус - 0,2 парсека. Температура в центре - 10 градусов Кельвина. Дисперсия скоростей газовых потоков - примерно 0,5 км/с. Магнитное поле имеет регулярную структуру. Плотность резко возрастает к центру. Ни звёзд, ни протозвёзд в глобуле нет. Гравитационная энергия этой глобулы близка к кинетической энергии газовых потоков и к энергии теплового движения молекул - 3*10⁴³ эрг. Энергия магнитного поля в глобуле также близка к этому значению (звёздное излучение поддерживает газ в частично ионизованном виде). Поэтому глобула находится в стационарном состоянии.

Звёздно-газовй комплекс NGC 3603 - единственная известная в Нашей галактике область взрывного звездообразования. В 1999 г. этот комплекс был обследован новым 8-метровым телескопом Анту Европейской южной обсерватории [Сурдин, 2000а]. Выяснилось, что он состоит из звёзд очень разной массы, которые родились одновременно. Таким образом, была опровергнута гипотеза о том, что по мере звездообразования меняются условия в родительском облаке, из-за чего в несколько разное время рождаются звёзды разной массы. Вопрос о том, что же влияет на массу рождающихся звёзд, остался открытым. В NGC 3603 имеется множество звёзд спектральных классов O и B (их суммарная масса превышает 2 тысячи солнечных).

Крабовидная туманность. В Тельце. Видимый диаметр 6 минут дуги. Диаметр около 9 световых лет. В 10 тысячах световых годов [Дагаев, 1955б]. Образовалась в 1054 г. в результате вспышки сверхновой звезды и расширяется. Один из "точечных" источников радиоволн, которые фиксируются радиотелескопами [Гетманцев, 1955]. Единственная туманность Нашей Галактики, для которой установлена связь с пульсаром [Сьюард и др., 1985]. Пульсар подробно описан в конспекте о звёздах.

Молекулярное облако Sgr B2 - крупнейшее в Галактике молекулярное облако или крупнейшее уплотнение гигантского молекулярного облака, если под таковым понимать весь центральный диск Галактики, где расположено Sgr B2. Плотность в 100 раз выше, чем у окружающего молекулярного газа (10000 атомов водорода в куб. см). Радиус - 15 парсеков. Масса - 10 миллионов солнечных [Сурдин, 1999].

Планетарная туманность в Водолее - самая большая по угловым размерам. Диаметр - 12 минут (в 2 с лишним раза меньше Луны). Разреженный и потому относительно трудно наблюдаемый объект. ПЛАНЕТАРНАЯ ТУМАННОСТЬ В ЛИРЕ - самая яркая. Видна в небольшой телескоп. Кольцевая.

"Сеть" - светлая диффузная туманность в Лебеде, которая видна на обычных фотографиях, а в инфракрасном диапазоне обладает волокнистой структурой. Состоит из газа с примесью пыли [Дагаев, 1955б].

Южны Угольный Мешок - большое семейство стационарных (стабильных) глобул в едином родительском облаке. Находится в созвездии Южный Крест. Масса - более 3500 солнечных. Размер - 18 на 15 парсеков. В 175 парсеках от Солнца. Облако неправильной формы. Похоже на тёмные облака В Тельце и Змееносце, тоже содержит много разных по размеру глобул, но здесь не происходит звездообразование (не видно точечных инфракрасных источников, эмиссионных объектов, т.е. каких-либо выбросов, а также звёзд типа T Tau или вспыхивающих звёзд, т.е. молодых активных звёзд). Температура газа везде близка к 10 градусам Кельвина, что говорит об отсутствии источников нагрева.

Глава 4. Другие галактики. Спутники нашей Галактики

Вроде бы у Нашей галактики известно 10 галактик-спутников, причём некоторые из них должны "в скором времени" слиться с ней [Природа, 1993, № 11]. Впрочем, для прогнозов нужно точно определить массу Нашей Галактики, но "скрытая" масса мешает это сделать [Ю.Н.].

Карликовая галактика в Стрельце (Sgr I) - это маленький близкий спутник Нашей Галактики или, по крайней мере, одна из галактик её "свиты". Она находится почти внутри Нашей Галактики - в 16 кпк от её центра. Приливное воздействие почти разрушило её, вытянуло в дугу длиной около 30 кпк, что сравнимо с диаметром Нашей галактики. Дуга почти перпендикулярна плоскости Млечного Пути [Решетников, 2000]. Эта галактика была открыта только в 1994 г., т.к. она находится за ядром (балджем) Нашей Галактики [Решетников, 2003].

Выше уже говорилось, что Наша Галактика возникла в результате слияния многих подобных объектов. На периферии галактического диска имеется узкое кольцо, образовавшееся из примерно такой же маленькой "разорванной" галактики. Наибольшая часть диска вращается не в той плоскости, в какой крутится его центральная часть, так как эти две части тоже, по-видимому, возникли из разных галактик. Мы видим, что Наша Галактика продолжает расти, поглощая своих маленьких соседей. Наверное, когда-то примерно так же "вели себя" планетезимали - "зародыши" планет Солнечной системы. Какие-то "сгустки" в конечном итоге сформировали планеты, а какие-то - их спутники.

Магеллановы облака стали известны европейцам в 1521 г. после возвращения экспедиции Фернана Магеллана [Мэтьюсн, 1985; ЭС, 1963]. Это две или, как теперь считается, три среднеразмерные галактики, которые, возможно, являются спутниками Нашей Галактики, но могут быть и самостоятельными членами Местной группы галактик, т.е. двигаться по гиперболе. Они могли, к примеру, лишь однажды обогнуть Нашу Галактику, пройдя по замкнутой или незамкнутой дуге [Мэтьюсн, 1985]. По своим особенностям они сильно отличаются одна от другой, а потому ниже рассматриваются "в индивидуальном порядке". Если же говорить о Магеллановых Облаках в целом, то эти образования видны в южном полушарии невооружённым глазом как два больших туманных пятна неправильной формы. Магеллановы Облака значительно меньше Нашей Галактики [ЭС, 1963]. Оба они отстали от неё в развитии, что выражается в том, что меньше газа успело превратиться в звёзды. Первые 2 миллиарда лет оба объекта были чисто газовыми [Мэтьюсн, 1985].

Считается, что "всего" 200 миллионов лет назад (примерно одна двадцатая времени существования нашей планеты) Большое и Малое Облака столкнулись или прошли близко друг от друга. Наверное, в результате этого Большое Магелланово Облако слегка "попортило" свою правильную форму, а Малое - разорвалось на две неправильных галактики. Эти две новые галактики расположены вдоль нашего луча зрения, а потому видны слитно, но одна из них летит к нам (макси-Облако), а другая - от нас (мини-Облако) [Мэтьюсн, 1985].

Между Большим и Малым Облаками имеется приливная перемычка из звёзд и газа, которая тоже возникла в результате сближения галактик. Для всей перемычки характерен двойной пик скоростей газа и вкрапленных звёзд, как для Малого Магелланова Облака [Мэтьюсн, 1985].

За Малым Магеллановым Облаком, как бы продолжая данную перемычку, тянется хвост, называемый Магеллановым Потоком (см. ниже).

Большое Магелланово облако (БМО). Данная галактика, вероятно, является спутником Нашей Галактики, хотя это не доказано. От нас до неё 160 тысяч световых лет, т.е. это расстояние соизмеримо с размерами Нашей Галактики, составляющими 100 тысяч световых лет. По диаметру БМО в 2 раза меньше Нашей Галактики, по массе - в 10 раз, по суммарной яркости - в 7 раз [Мэтьюсн, 1985]. Это, как уже говорилось, среднеразмерная галактика, каких большинство.

Распределение скоростей газа в БМО такое же, как в чуть искривлённом вращающемся диске. Искривление примыкает к газовой перемычке, соединяющей БМО с ММО [Мэтьюсн, 1985].

В БМО имеется множество молодых шаровых скоплений, возникающих из-за столкновения газовых облаков. Это связано с тем, что галактика маленькая и, в отличие от Нашей Галактики, не может своим тяготением синхронизировать движение облаков [Сурдин, 2000б]. И вообще для этой галактики характерней хаотическое звездообразование [Сурдин, 1999]. Напомню, что в Нашей Галактике все шаровые скопления возникли очень давно и являются почти сверстниками этой галактики.

БМО до сих пор на 10% состоит из межзвёздного атомарного водорода, в то время как в Нашей Галактике на долю этого газа приходится только 2% общей массы [Мэтьюсн, 1985].

В БМО изучено много интересных объектов, аналоги которых отсутствуют, редки или плохо доступны для наблюдений в Нашей Галактике. Кроме того, здесь в последние годы зарегистрированы некоторые из таких событий, которые бывали и ближе, но давно, а потому не могли быть хорошо изучены.

Так, например, в БМО известна одна область взрывного звездообразования - NGC 2070 в туманности Тарантул. Она сходна с единственной такой же в Нашей Галактике [Сурдин, 2000б]. Здесь в 1987 г. наблюдалась вспышка сверхновой (CH 1987 А, Сандулик) - самой яркой после 1604 г. [Вусли, Уивер, 1989]. Она описана в "звёздном" конспекте. До взрыва её масса превышала солнечную в 18 раз, что для звёзд довольно много. Сама же туманность Тарантул - это звёздный комплекс в БМО, в составе которого 3 самостоятельные ассоциации и 5 агрегатов (ещё 16 скоплений и ассоциаций). Диаметр - 1200 парсеков. Масса звёзд и молекулярных облаков - примерно по 1 миллиону солнечных, атомарных облаков - 20 миллионов солнечных, молекулярного водорода - 60 миллионов солнечных [Сурдин, 1999, табл. на с.206]. Наверное, при взгляде "со стороны", из соседней галактики, некоторые из подобных образований видны лучше, чем "загороженные" диском собственной галактики.

При помощи одного из мощных телескопов Европейской южной (чилийской) обсерватории в БМО открыто микроволновое мазерное излучение (в линии молекулы SiO), характерное для завершающего этапа жизни самых массивных звёзд, т.е. найден первый внегалактический мазер [Сурдин, 1997а]. Мазеры, или молекулярные генераторы, - это усилители микроволн с помощью индуцированного излучения [ЭС, 1963]. Данная звезда в 50 раз массивней Солнца, а по светимости превосходит его примерно в 500 тысяч раз (иначе она была бы не видна из другой галактики). Это красный сверхгигант с температурой поверхности 2000 градусов Цельсия. Он "находится на пороге своей гибели", т.е. вот-вот взорвётся как сверхновая II типа: железное ядро сжимается, а внешние слои расширяются со скоростью 25 км/с и достигли размера в 50 а.е. (больше орбиты Урана). В атмосфере звезды много тяжёлых элементов, формируются пылинки, наблюдается аномальное излучение гидроксила и воды, что характерно для мазеров [Сурдин, 1997а]. Таким образом, Большое Магелланово Облако демонстрирует нам ещё один "сюжет", который пока не удалось наблюдать в Нашей Галактике.

Недавно в БМО астрономами Европейской южной обсерватории найдено также косое столкновение двух холодных облаков межзвёздного газа. Они слиплись и стали вращаться вокруг общего центра масс. В области столкновения родилось скопление звёзд, которое разогрело остатки облака и сделало его видимым [Сурдин, 2000б].

В БМО наблюдается система дугообразных структур - "арок", или газовых сверхоболочек. В "арках" иногда имеются и газ, и звёзды. Но газовые сверхоболочки без звёзд многочисленнее. К.Роде с коллегами нашли звёздные скопления внутри сверхоболочек только в 6 случаях из 44 [Ефремов, 2000]. Есть гипотезы, согласно которым газовые сверхоболочки образуются вокруг группы сверхновых [Сурдин, 1999]. Можно также предположить, что взрывы сверхновых и т.п. взрывные события индуцируют звездообразование, "сгребая" и концентрируя газ ударными волнами, а звездообразование приводит к появлению молодых массивных звёзд, которые быстро "прогорают" и взрываются в качестве сверхновых, передавая волну звездообразования дальше. Эти обычные представления современной астрономии, наверное, можно применить и к данному случаю [Ю.Н.]. И всё-таки широкое распространение в БМО беззвёздных сверхоболочек настораживает. Кроме того, сверхоболочек почему-то нет вокруг многих звёздных скоплений. Согласно гипотезе Ю.Н.Ефремова [2000], сверхоболочки обязаны своим происхождением слиянию нейтронных звёзд или нейтронной звезды и чёрной дыры, которые возникают в очагах звездообразования из массивных двойных звёзд. Излучение гравитационных волн при орбитальном движении ведёт к сближению и затем слиянию компонентов таких систем, что и даёт взрыв необычайной мощности (мощнее взрыва сверхновой). Остатки сверхновых звёзд могли покинуть родительское звёздное скопление ещё при взрыве сверхновой (см. описание "убегающих" звёзд в конспекте о звёздах). Суть такого "убегания" в том, что при взрыве сверхновой звезда-спутник вылетает со своей орбиты, как из пращи, а остаток сверхновой следует за своим бывшим спутником [Сурдин, 1997б]. Поэтому "арки" в БМО и концентрируются группами вблизи звёздных скоплений, но всё-таки удалены от них [Ефремов, 2000]. По гипотезе Ю.Н.Ефремова [2000], слияния нейтронных звёзд или нейтронной звезды и чёрной дыры порождают те знаменитые гамма-всплески, о которых известно только то, что они происходят в далёких частях Вселенной. Следы подобных сверхвзрывов мы видим в БМО и даже в Нашей Галактике в виде "арок". В последнее время появилась убедительная гипотеза, объясняющая сверхоболочки взрывами необычайно мощных сверхновых - коллапсаров [Вибе, 2003г].

Некоторые области БМО вращаются твёрдотельно, и там газ может уплотняться между двумя-тремя соприкасающимися взрывными оболочками [Сурдин, 1999].

Туманность N44 в БМО - пример гигантской области ионизованного водорода (с поперечником 1000 световых лет). Здесь имеется ассоциация из 40 очень ярких голубоватых звёзд. Вспышки сверхновых создали здесь сложную структуру газовых пузырей, волокон, оболочек [Вибе, 2004].

Малое Магелланово облако (ММО). Данное образование тоже, по-видимому, является спутником Нашей галактики, хотя это тоже не доказано. До него 200 тысяч световых лет, т.е. чуть-чуть больше, чем до Большого Магелланова Облака [Мэтьюсн, 1985]. По диаметру ММО в 3 раза меньше Нашей Галактики, по массе - в 40 раз, по суммарной яркости - в 25 раз. Большому Магелланову Облаку оно уступает по линейным размерам в полтора раза.

Малое Магелланово Облако 200 миллионов лет назад, как уже говорилось, было разорвано Большим Магеллановым Облаком на две галактики, из которых одна, более крупная, приближается к нам со скоростью 25 км/с, а другая - удаляется со скоростью 15 км/с. Такие значения даёт измерение скоростей звёзд в ММО. Сами же новые галактики по отдельности не видны, так как расположены на одной линии от нас.

Звездообразование в ММО началось значительно позднее, чем в Нашей Галактике. Вспышка звездообразования произошла только 2 миллиарда лет назад, и, как иногда предполагается, это случилось из-за тесного сближения с Нашей Галактикой (из-за её приливных воздействий). Если в Нашей Галактике все шаровые скопления состоят из старых звёзд и возникли не менее 10 миллиардов лет назад, то в ММО такие скопления имеют разный возраст, причём среди них есть "юнцы" возрастом "всего" 100 миллионов лет. На долю атомарного водорода в ММО до сих пор приходится 30% массы галактического вещества (а не 2%, как в Нашей Галактике) [Мэтьюсн, 1985].

Магелланов поток. От Магеллановых Облаков тянется водородный хвост, называемый Магеллановым Потоком. Точнее, он тянется от Малого Магелланова Облака, но продолжает перемычку между ММО и БМО. Вдали от ММО хвост отклоняется по направлению к Нашей Галактике.

По одной из гипотез, этот хвост, как и перемычка, возник из-за приливного воздействия Большого Магелланова Облака. По другой гипотезе, хвост не связан с БМО и тянется по орбите вслед за Малым Магеллановым Облаком (он мог возникнуть из-за приливного воздействия Нашей Галактики). Есть и третья гипотеза, согласно которой хвост образован газом Нашей Галактики, который был возмущён пролётом Магеллановых Облаков через "наше" гало. Есть сведения, что газ течёт к нам также с перетяжки между БМО и ММО [Мэтьюсн, 1985]. Так или иначе, но все три (или уже четыре) галактики каким-то образом обмениваются газообразным веществом (атомарным водородом).

Магелланов Поток открыт в 1963 г. и, по одной из гипотез, порождает высокоскоростные облака, которые движутся с хаотическими скоростями до 200 км/с и падают на диск Нашей Галактики (аккреция газа на диск) [Сурдин, 1999]. Тем не менее, многие высокоскоростные облака, по-видимому, имеют местное происхождение (падающие обратно на диск выбросы наших взорвавшихся звёзд - см. выше) и с Магеллановыми Облаками не связаны.

Другие ближайшие к нам галактики

Местная группа галактик состоит примерно из 20 подобных объектов [Барнес и др., 1991]. В неё входят две гигантские галактики - Млечный Путь (Наша Галактика) и Туманность Андромеды (M31) - а также несколько среднеразмерных (например, Магеллановы Облака) и несколько мелких галактик. Спутники Нашей Галактики уже описывались чуть выше. Близ Туманности Андромеды, превосходящей по размеру Нашу Галактику, находится несколько галактик поменьше - NGC 185, NGC 147, NGC 205, M32. Примерно в той же стороне неба, но раза в два дальше - M33 [Марков, 1955]. Близкие галактики совсем в других частях неба - NGC 6822, JC 1613, объекты в созвездиях Скульптор и Печь [Марков, 1955].

Местная Группа движется в направлении центра созвездия Гидры со скоростью 635 км/с относительно усреднённого фона Вселенной (относительно реликтового излучения), образуя крупномасштабный поток галактик [Дресслер, 1987; Сурдин, 2003а].

Галактика в созвездии Андромеды, или Туманность Андромеды (M31), очень похожа на Нашу Галактику: спиральная, ветви из звёздных облаков с голубовато-белыми гигантами и сверхгигантами, в ветвях много рассеянных скоплений и облаков тёмной материи, есть цефеиды и шаровые скопления, есть ядро из множества звёзд и т.д. [Дагаев, 1955б]. Поперёк спиральных рукавов, как и в Нашей Галактике, существует градиент возрастов звёзд [Ефремов, 2000].

Туманность Андромеды видна невооружённым глазом севернее звезды Мирах (Бета Андромеды). Это плоское спиралевидное образование, которое повёрнуто к нам под малым углом к его экватору. Вблизи неё заметно несколько эллиптических галактик-спутников [Марков, 1955].

В 1925 - 1926 годах Хаббл определил расстояние до Туманности Андромеды, разделив её на звёзды и обнаружив среди них цефеиды. До неё оказалось примерно 500 тысяч парсеков, или примерно 1.600.000 световых лет [Марков, 1955], по более поздним данным - 2.000.000 световых лет [Мэтьюсн, 1985]. Это примерно 20 диаметров Нашей галактики. В настоящее время Наша Галактика и Туманность Андромеды движутся друг к другу [Дресслер, 1987], хотя не точно в этом направлении [Дагаев, 1955б].

Диаметр Туманности Андромеды - 40 тысяч парсеков, или 130 тысяч световых лет [Марков, 1955], т.е. она по линейным размерам примерно на треть больше Нашей Галактики, диаметр которой составляет 100 тысяч световых лет.

Туманность Андромеды - один из "точечных" радиоисточников, но сравнительно слабый [Гетманцев, 1955]. Вероятно, она, как и Наша Галактика, испускает радиоволны, в основном, своим ядром и в меньшей степени спиральными ветвями.

В центре Туманности Андромеды в относительно недавнее время были открыты две чёрные дыры, одна из которых вращается вокруг другой на расстоянии нескольких световых лет. Их иногда считают центрами двух столкнувшихся галактик ["Каннибал" живёт по соседству, 1994]. Относительно массы одной из них, которая открыта первой, говорилось, что она составляет 17 миллионов солнечных [В глубинах темноты, 1987], или 30 - 70 миллионов солнечных [Рис, 1991]. Масса аналогичной чёрной дыры в Нашей Галактике оценивается в 2,6 миллионов солнечных, т.е. Туманность Андромеды обладает "дырой" на порядок массивнее, чем "наша" [Ю.Н.]. Сама эта галактика тоже значительно массивней нашей, т.е. определённое соотношение между массой звёздной системы и её "дыры" в первом приближении соблюдается.

В Туманности Андромеды известны звёздные сверхассоциации - аномально богатые ассоциациями звёздные комплексы [Ефремов и др., 1998]. ["Сверхассоциация" - это в данном случае не просто "агрегат ассоциаций", как этот термин использовался выше (Ю.Н.)]. Либо первичное облако было гуще, либо возникли два центра звездообразования, и ударные волны, встретившись, привели к вспышке возникновения ассоциаций [Ефремов и др., 1998]. Мы видим, что галактика, которая лишь чуть-чуть крупней нашей, демонстрирует особые свойства. Может быть, в каждой галактике имеется своя специфическая внутригалактическая среда, зависящая от массы, размера, истории или других особенностей галактики [Ю.Н.].

Галактика M32, расположенная вблизи Туманности Андромеды и называемая Сомбреро, интересна тем, что в её ядре обнаружена гигантская чёрная дыра. Масса "дыры" в разных публикациях оценивается от 5 миллионов до 1 миллиарда солнечных [В глубинах темноты, 1987; Рис, 1991; др.], но в любом случае это больше, чем масса аналогичной "нашей дыры". Путаница может возникать из-за того, что в каких-то случаях авторы говорят только о "дыре", а в каких-то - ещё и о звёздах вблизи "дыры" (о "центральной массе") [Ю.Н.]. Галактика M32 проецируется на край Туманности Андромеды, видна на всех её фотографиях и является её карликовым спутником. По форме шаровидна и внешне похожа на некоторые сверхассоциации спиральных рукавов Туманности Андромеды [Ефремов, 2004, фотография на стр.25].

Галактика в созвездии Большой Медведицы интересна тем, что это спиралевидное образование видно нам с его полюса. Две спирали очень длинны и закручены сильнее, чем в Нашей Галактике и в Туманности Андромеды [Марков, 1955]. Одна из ближайших к нам галактик.

Галактика в созвездии Гончих Псов имеет 2 - 3 сильно закрученные и почти сливающиеся близ основания ветви [Марков, 1955]. Одной из ветвей она соединяется с другой галактикой (меньших размеров и, вероятно, неправильной). Данный соединительный "рукав" может быть и приливным "хвостом", возникшим при прохождении этой галактики вблизи первой.

Галактика в созвездии Треугольника имеет не менее трёх очень чётких спиральных ветвей и ещё одну-три нечёткие ветви. Видна с её полюса [Марков, 1955]. Одна из ближайших к нам галактик.

Галактика в созвездии Волосы Вероники видна с "ребра" [Марков, 1955]. Она чечевицеобразная (эллиптическая). Виден пояс тёмной материи, окружающий галактику вдоль её плоскости.

Ещё некоторые интересныегалактики

Радиоисточник в Лебеде. Две движущиеся друг к другу галактики [Гетманцев, 1955].

Квазар 3C273 (источник под номером 273 в третьем Кембриджском каталоге радиоисточников) - первый открытый объект подобного рода, обнаружен в 1963 г. Маартеном Шмидтом на Паламарской обсерватории в Калифорнии в виде тусклого звездообразного (квазизвёздного) объекта с огромным красным смещением, который находился в направлении ранее известного радиоисточника) (см. выше). Разговор о квазарах ведётся ниже.

Мессье 77, или NGC 1068. Компактная спиральная галактика 9-й звёздной величины в Ките. С активным ядром. Удалена на 60 млн. св. лет. Центральная часть ярка в оптическом, ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах. В спектре ядра имеются широкие линии излучения горячего газа. Предполагается наличие чёрной дыры массой 100 млн солнечных. В июне 2003 г. обследована астрономами Европейской южной обсерватории; выяснено, что яркий центральный объект имеет диаметр всего 10 св. лет [Сурдин, 2004].

Система ISOHDES-27. Возможно, самая массивная из обнаруженных галактик. В 4 раза массивней Нашей Галактики. Тоже спиральная. Диск вращается со скоростью 415 км/с (а не около 200, как у Нашей Галактики) [Самая массивная..., 2001]. ЦЕНТАВР А - пример близкой гигантской эллиптической галактики. На расстоянии 50 тысяч световых лет от центра обладает оболочкой, в которой найдены звёзды и газ, в т.ч. CO [Вибе, 2001в].

NGC 1068 - см. Мессье 77.

NGS 1097. Не очень далёкая галактика с активным ядром. В 55 миллионах световых лет от нас. Имеет вблизи чёрной дыры первичный бар из звёзд и ещё ближе к дыре вторичный бар из газа и звёзд (ядерный бар). Движение звёзд близ центра синхронизировано, т.к. они, по-видимому, возникли недавно из газа [Сурдин, 2001б].

NGS 1808. Сходна с предыдущей. В 35 миллионах световых лет от нас [Сурдин, 2001б].

NGS 1808. Сходна с предыдущей. В 120 миллионах световых лет от нас [Сурдин, 2001б].

NGC 4622. Галактика с рукавами, закрученными в разные стороны. Есть отстающий внутренний рукав, расположенный на небольшом удалении от компактного ядра, а также два внешних лидирующих рукава, отличающиеся исключительной симметрией. Исходя из их существования приходится предположить наличие на периферии данной галактики большой "скрытой" массы. Кроме того, вероятно, данная галактика в плоскости своего диска была пересечена другой галактикой, что и привело к возникновению спиральных ветвей. Галактика хорошо наблюдается, т.к. повёрнута перпендикулярно к лучу зрения [Сурдин, 2003б].

NGC 6240. Галактика с двойным активным ядром, т.е. с двумя чёрными дырами. В 400 миллионах световых лет от нас. Выглядит сильно искривлённой, что характерно для недавно столкнувшихся галактик. Очень сильно излучает в инфракрасной области. Рентгеновский источник в центре оказался двойным: излучают аккреционные диски двух чёрных дыр. Их массы - 10^6...7 солнечных масс. Между дырами - 3 тысячи световых лет. Период их взаимного обращения - миллионы лет. Через сотни миллионов лет они сольются [Двойное "сердце" галактики, 2003].

NGC 6621 и NGC 6622 - взаимодействующие (почти соприкасающиеся) галактики, между которыми располагается яркий гигантский звёздный комплекс (по сути сверхассоциация) из 40 молодых массивных звёздных скоплений. Этот комплекс обладает собственным вращением [Ефремов, 2004].

NGC 6946 - спиральная галактика, в которой обнаружено круглое скопление звёздных скоплений - комплекс Ходжа (открытый в 1967 г. П.Ходжем) [Ефремов, 2004]. Внутри комплекса Ходжа имеется самое яркое из всех молодых массивных звёздных скоплений в изученных перед этим 20 спиральных галактиках. Его возраст - 15 млн лет. Масса - около миллиона солнечных. Оно гравитационно связано и со временем превратится в классическое шаровое скопление. А всего в комплексе Ходжа при помощи Космического телескопа "Хаббл" выявлено около 20 богатых молодых скоплений. У NGC 6946 обнаружены также спутники - компактные голубые галактики, проецирующиеся на её диск, и комплекс Ходжа может оказаться одной из таких галактик, которую мы видим в момент падения на NGC 6946. Но он мог возникнуть и в диске NGC 6946 в результате падения на него высокоскоростного газового облака [Ефремов, 2004].

Глава 5. Общие вопросы, связанные с галактиками

Галактики и основные их типы

Размеры галактик [а точнее - их звёздных частей] могут составлять от нескольких сотен парсеков до нескольких сотен килопарсеков [Решетников, 2000].

Масса галактик варьирует примерно от 10⁷ солнечных масс до примерно 10¹³ солнечных масс, а масса Солнца составляет 2*10³³ грамма [Решетников, 2000].

Галактики содержат звёзды с окружающими их планетами, кометами и другими телами-спутниками, атомарный и молекулярный газ, пыль, а также "тёмную" материю, т.е. вещество в ненаблюдаемой форме. "Тёмная" материя, вероятно, присутствует в галактиках почти везде, но, в первую очередь, образует тёмное гало, которое по размерам значительно больше, а иногда и массивней наблюдаемой части галактик [Решетников, 2000].

Рентгеновские короны галактик, как уже говорилось, открыты в середине 1990-х годов. Они состоят из ионизованного разреженного газа, нагретого до 10 миллионов градусов. По линейным размерам короны раз в 10 больше звёздной части галактик. В рентгеновском диапазоне были обследованы 55 галактик, и оказалось, что масса их корон составляет от 1 до 10% звёздной массы, но у галактики M87 эти массы оказались одинаковыми, а это означает, что короны - тоже носители "скрытой" массы [Природа, 1987, № 1].

По внешнему виду принято различать три типа галактик: Irr - НЕПРАВИЛЬНЫЕ, или хаотические, иррегулярные (неправильной формы); E - ЭЛЛИПТИЧЕСКИЕ (сглаженные, бесструктурные, эллипсоидальной формы); S - СПИРАЛЬНЫЕ (со спиральными ветвями). Эта классификация в 1920-х годах предложена Хабблом [Решетников, 2003]. Отдельно рассматриваются также ЛИНЗОВИДНЫЕ галактики [Новый подход..., 2004].

В недавнем прошлом сделана попытка классифицировать галактики не только по их облику в синих лучах, но и в инфракрасных, в которых видны звёзды, скрытые за космической пылью, а также сама пыль. Эллиптические и линзовидные галактики состоят исключительно из звёзд, и, так как там нет газа и пыли, то нет и звездообразования. В спиральных и неправильных галактиках масса звёзд и разреженного межзвёздного вещества сопоставимы, идёт звездообразование. Найдены галактики с еле заметными спиральными рукавами, т.е. промежуточные типы [Новый подход к классификации галактик, 2004].

Спиральные галактики

Спиральные галактики выше подробно описаны на примере Нашей Галактики и отчасти на примере Туманности Андромеды. Поэтому сейчас я сделаю лишь несколько дополнений к тому тексту.

По распределению поверхностной яркости спиральные галактики двухкомпонентны: имеется центральная конденсация (балдж), которая описывается законом Вокулера, т.е. похожа на самостоятельную эллиптическую галактику, а также имеется диск. Балджи и диски, как считается, могут иметь разное происхождение. Газовые диски большинства спиральных галактик изогнуты с "ребра" наподобие знака интеграла более, чем на 2 градуса, что обусловлено прежним или современным взаимодействием с другими галактиками [Решетников, 2000].

Согласно волновой теории спиральных галактических структур, спиральные рукава - это волны повышенной плотности звёзд и газа, вращающиеся вокруг центра галактики, как твёрдое тело [Ефремов, 2000]. Поперёк рукава существует градиент возрастов звёзд: чем дальше от рукава, тем в среднем старше звёзды. Газовые сверхоблака, присущие спиральным рукавам, эволюционируют в звёздные комплексы [Ефремов, 2000].

Сильно закрученные спирали, возможно, имеют наиболее спокойную историю, т.е. галактика долгое время не сталкивалась с соразмерными объектами [Решетников, 2003].

Спиральные галактики классифицируются по структурности и степени закрученности спиральных ветвей, а также по соотношению светимостей звёздного диска и центрального звёздного сгущения (балджа) [Решетников, 2003].

Как ни удивительно, но вопрос о том, в какую сторону закручены рукава спиральных галактик, решён не до конца. Если бы заведомо большая часть массы галактики была сосредоточена в её ядре, то рукава, конечно, закручивались бы назад, против вращения галактики, т.е. "волочились" бы за ней, т.к. вещество на периферии имело бы маленькую угловую скорость. Но при ином распределении плотности возможны варианты, когда рукава "лидируют". Известны отдельные галактики, у которых имеются две системы рукавов с закрученностью в разные стороны. У NGC 4622, например, есть отстающий внутренний рукав, расположенный на небольшом удалении от компактного ядра, а также два внешних лидирующих рукава. Исходя из их существования приходится предположить наличие на периферии данной галактики большой "скрытой" массы [Сурдин, 2003б].

Масса звёзд в спиральных галактиках, как уже говорилось, соизмерима с массой газа и пыли, а поэтому в них идёт звездообразование [Новый подход..., 2004].

Эллиптические галактики

Эллиптические галактики обладают распределением поверхностной яркости, которая описывается законом Вокулера (строго закономерное убывание яркости по мере удаления от центра) [Решетников, 2000]. У эллиптических галактик размер пропорционален корню квадратному из массы [Природа, 1988, № 8]. Эти галактики не вращаются как одно целое: у каждого скопления и каждой звезды там своя орбита [Хокинг, 2000].

Эллиптические галактики могут быть как "среднеразмерными", так и гигантскими. Пример такой "среднеразмерной" галактики - ранее описанное Большое Магелланово Облако, которое только чуть-чуть "подпорчено" Малым Облаком. Пример близкой гигантской эллиптической галактики - Центавр А. Она обладает оболочкой на расстоянии 50 тысяч световых лет от центра. В этой оболочке обнаружены звёзды и газ, в т.ч. CO [Вибе, 2001в].

Как уже говорилось, по одной из гипотез, звёзды в эллиптических галактиках, в основном, рождаются, когда протогалактика нагреется до 10 миллионов градусов Кельвина в результате первой вспышки звездообразования. Тогда протогалактика сначала расширяется, сбрасывает часть массы, а оставшийся газ сжимается до размеров, зависящих от массы, и распадается на холодные плотные облака [Природа, 1988, № 8].

Широко распространено мнение, что эллиптические галактики образуются путём слияния двух или нескольких близких по размеру спиральных галактик [Вибе, 2001в; Решетников, 2003]. Следы слияния можно наблюдать в виде ряби на фоне всей поверхности таких галактик. Они проявляются также в виде слабых колец (сфер) вокруг галактик. Эти оболочки состоят из звёзд, хотя в 1994 г. в них обнаружен также газ [Вибе, 2001в]. Но, может быть, эллиптические галактики могут и самостоятельно возникать из протогалактических облаков, превращаясь со временем в спиральные.

В эллиптических галактиках, как уже говорилось, практически нет межзвёздного газа и пыли, а потому нет и звездообразования [Новый подход..., 2004].

Эллиптические галактики классифицируются в зависимости от сплюснутости [Решетников, 2003]: от шаровидных (E0) до сильно сплюснутых (Е7?). Возможно, это стадии эволюции таких галактик в сторону приобретения диска?

Неправильные галактики

Неправильные галактики по распределению поверхностной яркости не подчиняются определённым закономерностям. Доказано, что неправильность этих образований связана с их относительно недавним взаимодействием с другими галактиками (см. описание Малого Магелланова Облака). По массе и размерам галактики этого типа, как правило, не очень велики, т.к. в противном случае нарушить их структуру могла бы только очень большая галактика, каких мало.

Масса звёзд в неправильных галактиках, как уже говорилось, соизмерима с массой газа и пыли, а поэтому в них идёт звездообразование [Новый подход..., 2004].

Некоторые специфические типы галактик

Активные галактики, галактики с активными ядрами и т.п. Если в Нашей Галактике молодые массивные звёзды рождаются, в основном, в тонком диске, что происходит, как правило, в спиральных рукавах на значительном удалении от галактического центра (в центре уже всё образовалось), то в галактиках с активными ядрами подобные события происходят в этих ядрах. Это галактики с ионизированным газом в центре, радиогалактики, ультрафиолетовые галактики, квазары и т.п. [в т.ч. рассмотренные ниже молодые галактики с реактивными струями]. Объединяет их ускоренный темп звездообразования ("вспышка" звездообразования), скопление молодых горячих звёзд [Силич, 1998]. Сверхновые вспыхивают там в 100 - 1000 раз чаще, чем в нашей звёздной системе. Это создаёт мощный единый поток плазмы из галактики - галактический сверхветер [Галактические "ураганы"..., 1988]

По определению Р.Терлевича, галактиками со вспышкой звездообразования (активными галактиками) называются такие, у которых светимость пространственно ограниченной области звездообразования намного превышает светимость остальной части галактики [Силич, 1998]. Вспышка звездообразования может быть в ядре, но не только там.

Из активных галактик наиболее известна M82. С полюсов этой галактики вырываются две струи газа со скоростью 200 км/с. В области порядка тысячи световых лет [примерно одна сотая диаметра Нашей Галактики] сверхновые взрываются раз в 3 - 5 лет, т.е. несоизмеримо чаще, чем во всей Нашей Галактике. Взрывные оболочки сверхновых сливаются воедино, ударная волна "сгребает" вещество. Вблизи полюсов галактика легче "рвётся", и получаются две струи [Силич, 1998].

Вероятно, многие галактики выбрасывают две подобные струи из окрестностей центральной чёрной дыры, т.е. по направлению от полюсов этой вращайющейся дыры.

Бывает, что видны остатки старых струй, а по другой оси - новые молодые струи, причём в какой-то период выбросов не было. Либо к возрождению активности чёрной дыры [и вообще ядра] приводит столкновение галактик, в результате чего новые порции веществ (особенно облака газа, затормозившие при столкновении с другими облаками) падают в центр галактики. Либо питание дыры прерывается по внутригалактическим причинам [Вторая жизнь радиогалактики, 2000].

Взрывающиеся галактики. Если активны карликовые галактики [в т.ч. одиночные шаровые скопления?], то они не могут удержать вещество сверхновых. Тогда галактика может разлететься вся [Силич, 1998], не породив второе поколение звёзд ["Самоубийство" галактик..., 1992]. Распад произойдёт и под действием ударных волн и от того, что галактика стала легче: если утрачивается много вещества, уменьшается притяжение к центру, и звёзды улетают с орбит. Возможно, это один из механизмов, не позволяющих галактикам быть меньше какого-то критического размера [Ю.Н.].

Гигантские галактики низкой поверхностной яркости. В них мало звёзд. Их принимали за звёзды, т.к. диски плохо видны. Они обычно удалены от других галактик. Может быть, это скопления, не разделившиеся на галактики? [В мире науки, 1992, № 6]. Или первая вспышка звездообразования происходит при столкновении галактик, а эти галактики одинокие? [Ю.Н.].

Далёкие галактики. Самая далёкая галактика для середины 1990-х годов была обнаружена в Италии под руководством С.Д.Одорико. Она расположена почти "на краю Вселенной", а потому наиболее далека от нас не только в пространстве, но и во времени. От Большого взрыва её отделяют лишь 1 - 2 миллиарда лет. Как подобает молодой галактике, она много излучает в инфракрасном диапазоне [надо понимать, в ней много пыли? - Ю.Н.]. Удивительно то, что в ней обнаружены тяжёлые элементы (тяжелее водорода и гелия). Они же, как считается, образуются только в звёздах и только при взрывах этих звёзд выбрасываются в окружающую среду, где постепенно накапливаются в течение многих миллиардов лет [Сурдин, 1996].

Остаётся предположить, что первая вспышка звездообразования иногда сопровождалась необычайно частыми взрывами сверхновых. Или же в то время в некоторых случаях протекали какие-то другие процессы, связанные с возникновением тяжёлых элементов [Ю.Н.].

Для нас важен следующий натурфилософский вывод: тяжёлые элементы появились рано, а потому жизнь могла зародиться рано. Значит, во Вселенной могут быть цивилизации несоизмеримо старше нашей, и традиционный довод о невозможности этого из-за отсутствия тяжёлых элементов не убедителен [Ю.Н.].

Летом 2002 г. найдена очередная "самая далёкая галактика" - с красным смещением 6,56. Что же касается объектов со смещением, превышающим 5, то их известно уже более десятка [Решетников, 2003]. Их возраст составляет менее 10% возраста Наблюдаемой Вселенной. Молодые галактики компактны (примерно 1 кпк), ярки, асимметричны. Возможно, это только формирующиеся центральные области (балджи) будущих галактик, вокруг которых в дальнейшем возникнет протяжённый диск. А, может быть, это только блоки, из которых путём слияния возникнут галактики привычного облика [Решетников, 2003]. Молодые галактики как бы выкристаллизовываются из относительно однородной дозвёздной среды [Ю.Н.].

Не только галактики, но и их скопления образовались давно. Было, например, обнаружено протоскопление галактик с красным смещением 4,1 [Решетников, 2003].

В марте 2004 г. появилась заметка [Сурдин, 2004а] об открытии ещё более далёкой галактики - с красным смещением 6,6 (если это подтвердится). Говорилось, что до сих пор "чемпионом" по удалённости считался квазар SDSS J1148+5251 в Большой Медведице со смещением 6,4, а самой далёкой галактикой - система z6VDF J022803-041618 в Ките со смещением 6,17. Эта информация несколько противоречит тексту выше, где уже упоминалась галактика со смещением 6,56. Так или иначе, но галактика со смещением 6,6 родилась в самом начале эры космического возрождения (Cosmic Renaissance), наступившей за "тёмной" эпохой (Dark Ages), когда практически однородное вещество уже не излучало света. Суть возрождения - появление звёзд и прочих "неоднородностей".

Изучение далёких галактик показало, что они молоды (не старше 100 млн. лет), редки, не очень велики и не очень ярки [Сурдин, 2004а].

Инфракрасные галактики - см. Сталкивающиеся галактики.

Карликовые HII-галактики - сходны по размерам и спектральным характеристикам с большими звёздными агрегатами (большими сверхассоциациями). За это их иногда рассматривают как межгалактические сверхгигантские HII-области. Впрочем, в таких галактиках всегда есть старые звёзды, что не характерно [? - Ю.Н.] для агрегатов [Ефремов, 2004].

Карликовые галактики часто рассматриваются как реликты строительных блоков больших галактик [Ефремов, 2004].

Квазары. В 1963 г. Маартен Шмидт на Паламарской обсерватории в Калифорнии открыл тусклый звездообразный (квазизвёздный) объект с огромным красным смещением, который находился в направлении источника радиоволн 3C273 (источник под номером 273 в третьем Кембриджском каталоге радиоисточников). Большое красное смещение спектральных линий означает, что объект быстро удаляется от нас. В Нашей расширяющейся области Вселенной быстрое удаление соответствует большому расстоянию до объекта. Видимый с такого расстояния объект должен быть очень ярким, и соответствующее количество энергии может дать только гравитационный коллапс всей центральной области галактики, т.е. вещество должно падать в чёрную дыру. Этот и подобные ему объекты стали называться квазарами, т.е. квазары - это особенно активные галактические ядра [Рис, 1991; Хокинг, 2000]. Мощный квазар ежегодно поглощает несколько десятков солнечных масс [Рис, 1991], т.е. он активней центральной чёрной дыры Нашей Галактики в десятки тысяч раз.

Возможно, вещество, падающее в дыру по спирали (как вода, уходящая из ванны), заставляет вращаться и дыру в том же направлении. Из-за этого должно возникать мощное магнитное поле, которое фокусирует частицы в струи, вылетающие в направлении полюсов. У некоторых галактик и квазаров такие струи открыты (см. ниже) [Хокинг, 2000].

Чёрные дыры в центре квазаров должны иметь массу около ста миллионов солнечных [Хокинг, 2000]. Приводилась и другая цифра - не менее 1 миллиарда солнечных масс, но иногда до нескольких десятков миллиардов солнечных масс [Рис, 1991].

К настоящему времени (к концу 1980-х годов) открыто несколько тысяч квазаров [Рис, 1991]. Все известные квазары находятся очень далеко: как правило, не ближе 1/5 от расстояния до границ Наблюдаемой Вселенной [Рис, 1991]. Значит, мы видим эти объекты такими, какими они были миллиарды лет назад. Не исключено, что когда-то и в окрестностях Нашей Галактики было много квазаров, но все они "успокоились", поглотив доступное для них вещество. Звездообразование, т.е. превращение облаков газа в звёзды, тоже способствует затиханию квазаров, т.к. звёзды труднее "сбить" со своих орбит, чем газовые облака [Рис, 1991].

Самый далёкий из наблюдаемых объектов Вселенной - это квазар с красным смещением 5,82 [Квазар - рекордсмен..., 2000]. В только что начавший работать телескоп-автомат для поиска далёких объектов сразу же был найден квазар со смещением 5,7, а это означает, что вскоре "рекорд" будет побит и будут открыты квазары со смещением более 6 [Квазар - рекордсмен..., 2000]. Такие объекты видны на самых границах Наблюдаемой области Вселенной, т.е. они видны в своей молодости, так как свет доходит с этих границ почти за такое время, какое прошло с первых мгновений Большого взрыва. Свет от самых далёких известных нам квазаров пошёл, когда Наблюдаемой области Вселенной был всего 1 миллиард лет.

Квазаров было особенно много, когда возраст Наблюдаемой области Вселенной составлял 2 - 3 миллиарда лет, а размер - 1/3 современного размера. Тогда квазары были в 1000 раз многочисленнее в сравнении с галактиками, чем сейчас. Да и "Вселенная" была гораздо меньше. Если бы мы "перенеслись" в то время, то ближайшие квазары были бы видны невооружённым глазом (в то время нас "переносит" телескоп, рассматривающий окраины Наблюдаемой Вселенной). В настоящее же время ближайший квазар находится в 2 миллиардах световых лет от нас [Рис, 1991], что составляет порядка 1/5 - 1/6 расстояния до окраин Наблюдаемой Вселенной. Если в эпоху квазаров один квазар приходился на 100 галактик, то сейчас - на 100 тысяч галактик [Рис, 1991]. Эпоха квазаров завершилась.

Не исключено, что Наша Галактика в молодости тоже была "маленьким полуквазарчиком", так как в её центре обнаружена "чёрная дырочка" массой в сто тысяч или даже в пять миллионов солнечных [Таунс, Гензел, 1990; Рис, 1991; Чёрная дыра в Галактике? 1992; В центре Млечного Пути..., 1999]. Наверное, этот "полуквазарчик" "поел" большинство звёзд и много газа вокруг себя, после чего чуть-чуть успокоился. Отсюда выводится одна из схем галактической эволюции: молодая галактика без чёрной дыры в центре - образование чёрной дыры - "пожирающий" газ и звёзды квазар с активной чёрной дырой (если ядро сжалось) - "угомонившийся" квазар с чёрной дырой, в непосредственной близости от которого уже мало газа и звёзд (таковы ядра некоторых гигантских галактик). Это схема Р.Нарайан [В глубинах темноты, 1987].

Считается, что квазары должны быть связаны не со спиральными, а с эллиптическими галактиками. Дело в том, что в спиральных галактиках масса чёрной дыры может определяться массой центрального плотного утолщения (так называемого балджа), а не полной массой галактики. В эллиптических же галактиках масса галактического центра пропорциональна полной массе галактики, т.к. такие галактики равномерно сгущаются к центру со всех сторон (а не только со стороны диска) [Рис, 1991].

В литературе [Рис, 1991] описывается теоретический механизм возникновения галактик без чёрной дыры в центре. Если две галактики сливаются, то могут слиться и их чёрные дыры, но при таком слиянии новая единая "дыра" должна приобрести большую скорость и покинуть галактику. В общем, есть много причин, по которым галактические ядра минуют стадию квазара.

К маю 2002 г. было открыто 62 гравитационно линзированных квазара, т.е. таких, где имеется от 2 до 4 изображений. Пример - открытый в мае 2002 г. квазар RXS J1131-1231, у которого видно 4 изображения, а также растянутое в кольцо изображение галактики с квазаром (эйнштейновское кольцо) и галактика-линза (в центре) [Ближайший космический мираж, 2004].

Кольцевые галактики. Галактики с кольцом, как у Сатурна, получаются, если небольшая галактика пролетает через крупную спиральную. Р.Лавери с помощью космического телескопа им. Хаббла обнаружил, что в отдалённых и, значит, молодых областях Наблюдаемой Вселенной (на расстоянии 8 миллиардов световых лет) кольцевые галактики встречаются в 10 раз чаще, чем раньше считалось. Значит, раньше галактики сталкивались чаще [Галактики сталкивались часто, 1999]. К числу кольцевых галактик принадлежит и Наша галактика, но, конечно, с некоторой натяжкой, т.к. её кольцо образовалось из очень маленького спутника (см. выше).

Молодые галактики с реактивными струями. Недавно открыто огромное сходство реактивных струй у молодых звёзд и молодых галактик. Согласно теории Оуеда, Пудрицы (канадцы) и Стоуна (американец), благодаря этим струям, истекающим с полюсов, вращающиеся объекты избавляются при сжатии от 99,99% исходного углового момента движения газопылевого облака [Сурдин, 1998а]. Суть идеи в том, что падающий на звезду газ увлекает за собой "вмороженное" в него магнитное поле; достигнув аккреционного диска (в плоскости экватора вращающейся звезды), он продолжает двигаться и увеличивает скорость вращения диска; от этого магнитные силовые линии закручиваются штопором; уплотнившееся спиральное магнитное поле толкает газ вдоль оси вращения в обе стороны от звезды. Если струи от протозвёзд вытягиваются на несколько световых лет, то от ядер галактик - на миллионы световых лет. И те, и другие струи наблюдались [Сурдин, 1998а].

Молодые голубые галактики. Австралийским учёным удалось доказать, что ряд молодых галактик ранее принимался за звёзды из-за их компактности [Это не звёзды..., 1999].

Сталкивающиеся галактики. Столкновения галактик - обычное явление галактического мира. При таком столкновении звёзды сталкиваются очень редко, так как в галактических масштабах их можно считать точками. Поэтому звёздные системы (скопления, ассоциации и т.п.) при большой скорости столкновения проскакивают друг сквозь друга без каких-либо катастроф, вызванных сближениями конкретных объектов. При столкновении газовых облаков многие частицы уже непосредственно взаимодействуют с конкретными частицами другой галактики [Вибе, 2001в]. Галактики обмениваются ударными волнами, сжимающими газ в звёзды и приводящими к вспышке звездообразования. Всё это приводит к возрастанию яркости галактик в десятки тысяч раз и особенно в инфракрасной части спектра (инфракрасные галактики) [Природа, 1996, N9]. Кроме того, не меньшее значение имеет гравитационное воздействие галактик и их крупных элементов друг на друга. "Чужая" галактика всей своей суммарной гравитационной мощью искажает траекторию движения каждой звезды и каждой частицы газа. Чем меньше относительная скорость столкновения, тем сильнее его гравитационные последствия, т.к. происходит более длительное взаимодействие, искажающее орбиту и вызывающее приливы [Барнес и др., 1991].

Последствиями столкновений могут быть разрывы, хвосты, мосты, вспышки звездообразования, слияния, спирали, кольца. Примеры таких последствий приводились выше. Наша Галактика без всякого столкновения, за счёт одних только приливных сил, вытянула в длинную дугу соседнюю карликовую галактику в Стрельце (Sgr I). Расстояние до этой галактики составляет 16 кпк, а длина дуги - 30 кпк [Решетников, 2000]. Так, например, столкновение Большого и Малого Магеллановых Облаков привело к искажению формы Большого Облака (эллиптическая галактика почти потеряла свою правильность) и разделению Малого Облака на две галактики, которые находятся по отношению к нам на одной линии и потому видны слитно, но одна из них приближается, а другая - удаляется.

Одно из важных последствий столкновения галактик - это потеря газом части своей кинетической энергии, что приводит к оседанию газа к центру галактики и вспышке звездообразования в этом месте. Уцелеть вдали от центра в такой ситуации могут только компактные облака молекулярного газа, в результате чего газ всё-таки наблюдается в оболочках эллиптических галактик [Вибе, 2001в].

Выяснилось, что столкновения галактик, входящих в состав супергалактики Антенна, порождает сгустки, обогащённые металлами - железом, магнием, кремнием, раскалёнными до миллионов градусов. Концентрация магния и кремния в некоторых местах превышает их концентрацию на Солнце в 20 и, возможно, более раз. Это может иметь значение для планетообразования ["Металлургия" во Вселенной, 2004].

Рождение и эволюция галактик

Видите или нет вы катастрофу на
Млечном Пути: там шумит поперечный
синий поток. Это не
туманность и не звёздное скопление...

Андрей Платонов. Лунная бомба.
[Решетников, 2000]

Раньше считалось, что галактики в основном сформировались уже на ранних стадиях эволюции Наблюдаемой области Вселенной и их основные свойства определяются характеристиками протообъекта (масса, вращательный момент). Сейчас считается, что они не являются полностью изолированными системами, и на их эволюцию, кроме начальных условий, большое влияние оказывают взаимодействие между ними, а также межгалактическая среда. Так, например, выяснилось, что доля взаимодействующих галактик сильно растёт с увеличением красного смещения, т.е., иными словами, раньше галактики взаимодействовали чаще, чем сейчас. Когда "Вселенная" была вдвое моложе, от трети до половины галактик находились в процессе слияния или сильного гравитационного взаимодействия. Оказалось также, что 5 - 7 миллиардов лет назад у спиральных галактик редко встречались бары - вытянутые центральные образования, от концов которых отходят спиральные ветви. Мало было тогда и хорошо выраженных спиральных ветвей [Решетников, 2003].

Пока не выяснено, в каком соотношении влияют на облик галактик начальные условия и последующая эволюция. Это соотношение может быть различным для разных типов галактик, для разных начальных масс и для разного окружения [Решетников, 2003].

В рамках теории иерархического скучивания галактики образуются за счёт множественных слияний объектов меньших масс [Решетников, 2000].

В близкой к нам области Вселенной взаимодействующие галактики довольно редки: это каждая десятая или каждая двадцатая из них [Решетников, 2000]. Раньше, однако, взаимодействие должно было быть интенсивней, т.к. далёкие галактики взаимодействуют чаще (в прошлом и "Вселенная" была меньше, и галактик в ней было больше, т.к. они ещё не посливались) [Галактики сталкивались часто, 1999].

Диски взаимодействующих спиральных галактик в 2 - 3 раза ярче, чем диски таких же изолированных галактик, что объясняется усилением в них звездообразования. Причины ускорения звездообразования до конца не ясны, но предполагается, что в таких условиях чаще сталкиваются облака молекулярного газа [Решетников, 2000]. Кроме того, диски взаимодействующих галактик в среднем в 2 раза утолщены: из-за увеличения дисперсии скоростей звёзд ("разогрев" дисков). Их диски также в 2-3 раза чаще бывают искривлены [Решетников, 2000]. Есть вообще гипотеза об образовании крупных эллиптических галактик из спиральных при их столкновении [Галактики сталкивались часто, 1999; Решетников, 2003].

Вблизи галактик иногда видны дуги или петли. Это разрушенные приливными силами остатки их карликовых спутников (например, микрогалактика Sgr I вблизи Млечного Пути). Если спутник не сферический, а дисковый, в петле виден сгусток звёзд. Петля также имеет разную форму в зависимости от массы "тёмного" гало большой галактики [Решетников, 2000].

В случае аналогичного взаимодействия с массивным спутником получаются галактики с полярными кольцами, которые напоминают Сатурн, но кольцо широкое и находится не в плоскости экватора, а на линии полюсов. В кольцо захватывается до 10% газа пролетевшей галактики, после чего в этом газе начинается звездообразование. Одно из условий всех этих процессов - существование вокруг центральной галактики массивного гало [Решетников, 2000].

Скопления галактик

Галактики могут быть одиночными или входить в состав небольших группировок вроде Местной группы, к которой принадлежит Наша Галактика (см. выше).

Но в Наблюдаемой Вселенной имеются группировки из сотен или тысяч галактик. Их называют скоплениями галактик. Как правило, они сферичны и обладают всеми признаками ещё одного чётко выраженного уровня организации материи [Бернс, 1986]. По Дж. Эйбеллу [Бернс, 1986], скопления галактик - это любые группы не менее 50 ярких галактик в сфере радиусом 6,5 миллионов световых лет. Эйбелл обнаружил 2712 таких скоплений галактик. Не вполне понятно, к чему относится цифра "6,5 миллионов световых лет" - к ядру или гало данной структуры [Ю.Н.].

Скопление галактик в созвездии Девы состоит из нескольких сотен отдельных галактик. До него порядка 300 миллионов парсеков. Между членами скопления - десятки тысяч парсеков, т.е. много меньше, чем от нас до Туманности Андромеды [Марков, 1955]. Наверное, Алан Дресслер [1987] называет именно этот объект Местным Сверхскоплением и отмечает его движение относительно усреднённого фона Наблюдаемой Вселенной со скоростью 150 км/с. Вероятно, данное скопление после дополнительного изучения "переведено" в сверхскопления (см. ниже). Или, что вероятнее, под скоплением Девы сейчас понимают какое-то из хорошо выраженных скоплений в ядре Местного Сверхскопления [Ю.Н.]. Недавно в этом скоплении обнаружено около 40 кандидатов в планетарные туманности, которые расположены вне галактик. Значит, звёзды, сбросившие свои оболочки, тоже находились вне галактик. Всё это массивные звёзды с короткой жизнью. Значит, они и родились вне галактик. До этого вне галактик обнаруживались только старые звёзды, которые могли за свою долгую жизнь вылететь из них [Вибе, 2003в]. Можно предположить, что в скоплениях галактик плотность газа в межгалактической среде несколько выше, чем вне таких скоплений, из-за чего там возможно звездообразование [Ю.Н.].

Другие примеры скоплений - скопление галактик в созвездии Кентавра [Дресслер, 1987], скопление Гидры-Кентавра, соответствующие объекты в созвездии Большой Медведицы и в созвездии Волосы Вероники. Некоторые из этих скоплений позднее тоже были "переведены" в сверхскопления, и, может быть, потому, что между этими двумя категориями нет чёткой разницы [Ю.Н.].

Супергалактика Антенна интересна частыми столкновениями входящих в неё галактик, что приводит к взрывам сверхновых и синтезу металлов - см. выше ["Металлургия" во Вселенной, 2004].

Сверхскопления галактик

Недавно в оптические телескопы удалось открыть объекты, состоящие из десятков галактических скоплений. Их назвали сверхскоплениями галактик [Бернс, 1986; Дресслер, 1987; Сурдин, 1996]. Тем не менее, вряд ли сверхскопления, которые известны к настоящему времени, являются таким же самостоятельным уровнем организации материи, как галактики или их скопления. Они, скорее, напоминают неустойчивые звёздные цепочки, выполняющие роль ядер ассоциаций [Ю.Н.]. Скопления галактик в них подобны бусинкам, нанизанным на нитку. Они имеют волокнистую структуру [Бернс, 1986], т.е. "классическая" сферическая форма ядра отсутствует. Правда, ещё может быть сферическое гало из множества отдельных галактик или их групп, но примерно такое же гало (только чуть меньшего масштаба) окружает и обычные скопления галактик [Ю.Н.].

Сверхскопления галактик находятся близ поворотной точки своей истории, когда вещество от космологического расширения переходит к сжатию под действием собственной гравитации и к формированию устойчивых структурных единиц [Сурдин, 2002а]. Иными словами, на периферии сверхскопления галактики ещё разбегаются, хотя уже замедленно, а в его центре "восторжествовало" движение галактик друг к другу или вокруг общего центра масс [Ю.Н.].

Сейчас открыты единичные сверхскопления, что связано с большой трудностью их выявления. К настоящему времени (середина 1990-х годов) можно наблюдать более миллиона галактик, но нужно доказать, что какие-то из них находятся близко одна от другой, а не случайно видны примерно на одной линии. Для этого приходится определить красное смещение каждой из них, а это трудоёмко. На данное время (1990-е годы) подробно обследовано менее 1% объёма Наблюдаемой области Вселенной. Знаменитая теория "пузырей" (чередующихся участков с повышенной и пониженной плотностью галактик - см. ниже) создана на материале обследования полосы 117 на 6 градусов до звёздной величины 15,5 [Бернс, 1986]. Для изучения больших структур Вселенной важны также северное и южное Глубокие Поля - два участка неба, подробно изученных Космическим телескопом им. Хаббла [Решетников, 2000]. Можно предположить, что ближайшее будущее "подарит" нам знание многих больших структур.

Рассмотрим строение Местного сверхскопления галактик, которое интересно уже тем, что мы сами, возможно, принадлежим к этой звёздной системе, хотя находимся вдали от её ядра. Ядро Местного Сверхскопления образуют 11 скоплений галактик, соединённых "мостиками" из отдельных галактик. Вокруг ядра располагается сферическое гало из 50 других групп галактик (не столь больших) и тысяч отдельных галактик. Диаметр гало составляет порядка 100 миллионов световых лет, т.е. этот объект в тысячу раз больше, чем гало Нашей Галактики [Бернс, 1986]. И всё-таки это, скорее, очень крупное скопление галактик, чем структура следующего иерархического уровня. Ведь на галактическом уровне мы различаем микрогалактики (одиночные шаровые скопления), более крупные галактики, а также гигантские эллиптические и спиральные галактики, в составе которых знаем сотни шаровых скоплений и остатки ранее самостоятельных галактик [Ю.Н.]. Местная группа галактик, в состав которой входит Наша Галактика, как уже говорилось, движется отнюдь не в сторону ядра Местного Сверхскопления.

Сверхскопление Гидры-Кентавра - звёздная система, расположенная на одной трети "пути" к гигантскому сверхскоплению Шепли, о котором говорится ниже. Наша Местная группа галактик не входит в это сверхскопление, но, тем не менее, образует вместе с ним единую "струю", "текущую" в направлении созвездия Кентавра (см. ниже) [Сурдин, 2003а].

Сверхскопление Шепли (Сверхскопление Кентавра, Альфа-область) - это в настоящее время крупнейший известный "архипелаг" галактик, а также, по некоторым гипотезам, предполагаемый Великий Аттрактор, заставляющий падать на него Нашу Галактику и всю Местную Группу галактик. В близкой нам области Вселенной, где красное смещение не превышает 0,1, это безусловно самое большое наблюдаемое образование с массой, которая в тысячи раз превосходит массу Нашей Галактики [Сурдин, 2003а]. С появлением мощных обсерваторий в южном полушарии скопление Шепли было хорошо изучено: измерены координаты и скорости нескольких тысяч галактик, построена трёхмерная схема. Звёздная система имеет сложную структуру. Его центральная часть представляет собой сгусток галактик неправильной формы. В пределах его можно усмотреть расплывчатые очертания двух широких дисков. Первый диск повёрнут к нам ребром и обладает максимальной концентрацией галактик. Этот диск вложен в другой, который менее концентрирован, по диаметру вдвое больше и повёрнут перпендикулярно к лучу зрения. В пределах большого диска имеется ещё ряд сгущений. Значительное сгущение находится на самой периферии большого диска или уже вне его. Оно расположено от нас чуть дальше центра системы, обладает концентрацией галактик не менее первого центрального диска и по размерам почти не уступает ему. Имеются также не менее двух чётко выраженных сгустков ближе к нам. Они тоже находятся вне основного большого диска, одно из них вроде бы имеет свои диск и гало, а форма другого неправильная. Все упомянутые диски столь широки, что, наверное, лучше говорить о сплюснутых элипсоидах, ширина которых раза в два-три уступает диаметру. Должно быть, перечисленные образования можно трактовать как четыре сверхскопления или четыре гигантских скопления, объединённых в тесную группу и связанных "мостиками" из галактик. По крайней мере, они в среднем соразмерны описанному выше сверхскоплению Гидры-Кентавра [Ю.Н., по рисунку на стр. 65 в статье В.Г.Сурдина, 2003а]. В центре сверхскопления Шепли, как следует из той же статьи Сурдина, находится "очень богатое скопление галактик Шепли-8, отождествлённое с рентгеновским источником SC 1326-311 и ныне более известное как скопление Abell 3558" [с.64]. Видимо, речь идёт о первом компактном "диске", описанном выше (на основании сопоставления рисунка и текста). Сверхскопление Шепли находится от нас в 14000 км/с красного смещения, что, по современным оценкам, соответствует 200 мегапарсекам или 650 миллионам световых лет. Его угловой диаметр в несколько раз превышает размер лунного или солнечного диска (т.е. "наше сверхгалактическое Солнце" в относительных единицах измерения находится не очень далеко от нас). Массу Сверхскопления Шепли трудно оценить из-за наличия "тёмной" материи и отсутствия объектов на стационарных орбитах (периферийные области Сверхскопления ещё, вместе со всей Наблюдаемой Вселенной, продолжают расширение, хоть и замедленное). По предварительной оценке масса в пределах радиуса 11,4 Мпк составляет (2 ... 13)*10¹⁵ солнечных масс. Отсюда следует, что средняя плотность здесь в 3 - 20 раз превышает среднюю плотность Наблюдаемой Вселенной.

Обычно считается, что где-то по направлению движения Местной Группы должен располагаться притягивающий центр, так называемый Великий Аттрактор ("притягиватель"), хотя это может быть и не так. Ближайшее крупное скопление галактик находится в созвездии Девы, т.е. под углом в 45 градусов к углу движения, а, значит, таким аттрактором не является. В 1990-е годы за подобный аттрактор было принято сверхскопление галактик в направлении созвездия Гидры и Кентавра, которое находится в 3000 км/с от нас (на расстоянии соответствующей скорости расширения Вселенной). Но потом выяснилось, что сверхскопление Гидры-Кентавра само движется вместе с нами туда же, и Великий Аттрактор должен быть где-то за ним и дальше. Тогда вспомнили, что ещё в 1930 г. американец Харлоу Шепли (1885 - 1972) указывал на "облако галактик в Кентавре, которое выглядит одним из самых населённых среди обнаруженных до сих пор и имеет форму овала размером около 2,8 секунды х 0.8 секунды" [Сурдин, 2003а, с.64]. Это "облако" сейчас называют Сверхскоплением Шепли и иногда считают Великим Аттрактором. Но, чтобы своим притяжением "разогнать" Местную группу галактик до наблюдаемой скорости, масса аттрактора должна составлять около 3*10¹⁷ солнечных, а Сверхскопление Шепли примерно на два порядка "легче", т.е. проблема Великого Аттрактора остаётся нерешённой [Сурдин, 2003а].

Рассуждая о "великих аттракторах" нужно учитывать, что крупномасштабные потоки галактик не обязательно имеют гравитационное происхождение. Они могут быть унаследованы от вихревых струй вещества, возникших сразу же после Большого взрыва. Тогда направление Нашей струи на Сверхскопление Шепли - случайность. Вполне вероятно, что во многих направлениях на том или ином расстоянии можно отыскать гигантские звёздные системы, если эти направления детально обследовать [Ю.Н.].

"Принцип вихревых струй" может иметь значение даже для наших ближайших внегалактических окрестностей [Ю.Н.]. Так, например, В.П.Решетников [2003, с.39] пишет, что "движение галактик около нас слабо связано с их пространственным распределением, и кинематикой галактик руководит не их масса, а нечто другое". Правда, сам этот автор "грешит" на космологический вакуум с его "тёмной" [и непонятной] энергией.

Изучая большие структуры Наблюдаемой Вселенной, важно понять, как они возникли: "снизу-вверх" (путём поэтапного гравитационного скучивания) или "сверху-вниз" (путём распада первичной "монолитной Вселенной" на большие части, на части поменьше и т.д. Открытие волокнистых сверхскоплений длиной в сотни миллионов световых лет опровергает модель "снизу-вверх", т.к. для гравитационного объединения не могло хватить времени [Бернс, 1986]. Выдвигалась также гипотеза, что неоднородность распределения вещества в пространстве порождена серией вторичных взрывов, которые последовали за Большим взрывом [В мире науки, 1986, № 6]. Эта гипотеза рассматривается ниже.

Еще некоторые крупные структуры наблюдаемой Вселенной

Наиболее крупные звёздные системы, какие сейчас известны, - это, конечно, сверхскопления галактик, но есть и другой подход к проблеме крупных структур. Суть его - изучение плотности распределения галактик в пространстве вне зависимости от того, объединены или не объединены они в чётко различимые образования, принадлежащие к традиционному иерархическому ряду структур. При этом изучаются не только скопления, но и "разряжения" галактик - пустоты, которые тоже рассматриваются в качестве крупных структур.

В целях изучения таких структур в 1980-е годы была составлена трёхмерная карта части Наблюдаемой Вселенной. В ней выявлены пустоты, где почти нет видимого вещества, т.е. галактик. По форме это, как правило, сферы или слегка вытянутые элипсоиды. Что-то вроде пузырей. На поверхности этих "пузырей" и расположены галактики [В мире науки, 1986, № 6; Неоднородное расширение Вселенной, 1986]. Одну из таких пустот знали и раньше, но не придавали этому значения [В мире науки, 1986, № 6].

Космическая полость была открыта в 1981 г. Р.Киршнером. Это "пузырь" поперечником 100 миллионов световых лет с плотностью галактик в 5 раз меньше, чем в среднем [В мире науки, 1990, №4]. Примечательно, что диаметр полости примерно равен диаметру гало Местного Сверхскопления галактик, т.е. это структуры примерно одного ранга [Ю.Н.].

Великая Стена из галактик была открыта в 1989 г. Её нашли Геллер и Хукра. Длина этого образования - 500 миллионов световых лет, т.е. в 5 раз больше линейных размеров Местного Сверхскопления! [Наверное, чуть длиннее Сверхскопления Шепли, но его линейные размеры в доступной литературе не приводились - Ю.Н.]. Плотность галактик в Великой Стене в 5 раз выше средней [В мире науки, 1990, № 4].

Наверное, не случайно, что размеры самых крупных из обнаруженных структур ограничены только протяжённостью обзора. Обзоры, имевшиеся на начало 1990-х годов охватывали только 1/100000 часть объёма Наблюдаемой Вселенной [В мире науки, 1990, № 4].

Позднее [или в ходе тех же работ?] была построена трёхмерная карта окрестностей Нашей Галактики, двумерное изображение которой в плоскости местного уплотнения опубликовано в журнале "Природа" [Сурдин, 1996]. В этой плоскости видны четыре сгустка галактик, один из которых занимает половину поля рисунка (его граница - Великая Стена?) и имеет ядро ("Великий аттрактор"), второй - является вторым ядром почти того же сгустка, а ещё два - находятся с другой стороны и самостоятельны. Между этими четырьмя сгустками - "пустота", на окраине которой располагается Наша Галактика. Размер этого "внутреннего моря" - порядка 300 миллионов световых лет [Ю.Н., по рисунку]. Вблизи главного ядра есть ещё одно "небольшое" разряжение диаметром около 100 миллионов световых лет [может быть, Космическая Полость?]. Вся эта схема соответствует 600 миллионам световых лет пространства. Она построена на примере изучения 2000 соседних галактик [Сурдин, 1996]. Местонахождение Нашей Галактики (а точнее - Местной группы галактик) на периферии области, которая густо заселена галактиками, нужно учитывать, если решаешь проблему нашей реальной или кажущейся "одинокости" во Вселенной [Ю.Н.].

Все эти факты ещё раз подтверждают вывод, что не гравитация была основным фактором, формирующим большие структуры Наблюдаемой Вселенной. Вероятнее, это были какие-то взрывные события, отбросившие вещество на края "пузырей". Может, это были взрывы гигантских сверхновых звёзд, произошедшие через 1 миллиард лет после Большого взрыва [В мире науки, 1986, № 6]. Или же это были взрывы целых областей звездообразования с сотнями или тысячами сверхновых? [Ю.Н.]. Свой вклад могли внести и вихревые "струи", о которых говорилось выше. Так или иначе, но Наблюдаемая Вселенная была изначально или, точнее, почти изначально неоднородна, хотя фоновое микроволновое излучение ("эхо" Большого взрыва) очень однородно [В мире науки, 1990, № 4].

В связи с затронутой темой следует напомнить ещё об одном исследовании в несколько другой области. Если существует "тёмная" материя, то под её воздействием видимые очертания соседствующих эллиптических галактик должны выгибаться в одну и ту же сторону, что можно обнаружить статистически. Несколько коллективов исследователей проанализировали свет тысяч галактик, и существование "тёмной" материи было доказано. Из неё, в основном, и состоит Вселенная. Таким способом можно изучать инфраструктуру Вселенной - распределение "морщин", "зыби" и "волн" в межгалактическом пространстве. Эта инфраструктура хранит информацию о процессе роста Вселенной непосредственно после Большого взрыва [Существование "тёмной" материи подтверждается, 2000]. Наряду с основным пиком реликтового излучения, который обусловлен Большим взрывом, недавно обнаружены ещё два меньших максимума, обусловленные акустическими колебаниями молодой Вселенной. Это говорит о той же "зыби" - вторичном волнении в сгустке плазмы через 300 тысяч лет после Большого взрыва [Эхо Большого взрыва, 2001]. Через год сообщается об открытии уже 5 - 6 пиков ["Портрет" Большого взрыва, 2002].

Согласно многим моделям, вещество в ранней Вселенной было распределено наподобие трёхмерной паутины. На краю Наблюдаемой Вселенной вроде бы удалось найти подтверждение этому: восемь наблюдавшихся протогалактик и квазаров лежат на одной линии, которая очерчивает нить той самой паутины [Наблюдения космологической паутины, 2002]. [Наверное, "нити паутины" возникают при вторичных взрывах в местах контакта нескольких ударных волн, "сгребающих" вещество - Ю.Н.].

К данной теме относится и открытие крупномасштабных потоков галактик [Дресслер, 1987], которые тоже являются большими структурами Вселенной (см. выше). Не исключено, что скорость и направление этих потоков унаследованы от вихревых струй вещества, возникших в первые моменты после Большого взрыва [Ю.Н.].

Глава 7. Наблюдаемая Вселенная и Большой Взрыв

Если кто одно оставляет, а другое,
в такой же степени согласное с видимыми
явлениями, отбрасывает, тот, очевидно,
оставляет область всякого научного
исследования природы и спускается в
область мифов.

Эпикур. Из письма Пифоклу.
III - IV века до н.э. [1947]

Наблюдаемая область Вселенной

В истории науки было два основных взгляда на Наблюдаемую область Вселенной. Согласно первому взгляду, считалось, что она всегда была примерно такой, как сейчас, и подвергалась лишь колебательным изменениям в тех или иных своих частях (идея стационарной Вселенной). Согласно второму взгляду, она имеет определённую дату рождения, начиная с которой эволюционирует.

Сразу же надо договориться с читателем, что речь в этой главе пойдёт не о Вселенной в целом, а лишь о её Наблюдаемой области. Вселенная в целом - это объект размышления философов. Она бесконечно больше Наблюдаемой области, которая изучается методами астрономии.

Кроме того, мы договоримся, что само понятие "Наблюдаемая Вселенная" эволюционировало. Для некоторых учёных античности Наблюдаемой Вселенной, или иначе Нашим Миром, была, главным образом, суша вокруг Средиземного моря. К этой суше в качестве небольшого "довеска" прилегали прибрежные участки Атлантического океана да небо. Небо почиталось соразмерным суше, т.е. небесные светила рассматривались в одном ряду с облаками, метеорами и другими атмосферными объектами. Для многих мыслителей (Анаксагор, Пифагор, Аристарх, Демокрит, Эпикур, Лукреций, Цицерон) Наблюдаемая Вселенная ещё в античные времена "расширилась". Земля "повисла" в пустоте и даже "приобрела" шаровидную форму, а небесные светила "удалились" и "увеличились" до размеров Земного шара и более того. Понятия "Наблюдаемая Вселенная" и "Наш Мир" перестали быть синонимами. Под "Нашим Миром" обычно понималась Земля, а небесные светила "стали" другими мирами. Значительно позднее, уже в "наши века", Гершель "подарил" человечеству представление о Нашей Галактике, а Хаббл - о других галактиках. В XX веке сформировалось представление о Наблюдаемой области как о пространстве с миллионами галактик, которые могут быть объединены в более крупные структуры.

Менялись и представления о тех изменениях, которые происходят с Наблюдаемой Вселенной. В античной науке Вселенная в целом, как правило, считалась неизменной, а все её отдельные миры - эволюционирующими: миры рождаются, развиваются и гибнут, а Вселенная остаётся. Разногласия могли быть в том, считать или не считать Наблюдаемую Вселенную одним из из таких миров. Для Эпикура и Лукреция, к примеру, Наблюдаемая Вселенная была окрестностями Нашего Мира, т.е. окрестностями Земли, но всё-таки не единым Миром. Окрестности Нашего Мира могли меняться в том смысле, что менялись миры, населяющие эти окрестности, но в общих чертах не только Вселенная в целом, но и Наблюдаемая Вселенная оставалась неизменной. Примерно такого же взгляда на Наблюдаемую область Вселенной и особенно на звёздный мир долгое время придерживались западноевропейские учёные. Многие из них считали Наблюдаемую Вселенную ещё более неизменной, чем их античные предшественники.

Идея рождения (создания) и некоторой эволюции "всей" Вселенной культивировалась, в основном, в различных религиях, как языческих (например, всё возникло само из хаоса), так и монотеистических (всё создано Богом). Если под "всей" Вселенной понимать лишь Наблюдаемую область этой Вселенной, то нужно признать, что данная идея очень близка современной науке. Тем не менее, до XX века она отрицалась. Вселенная тогда представлялась стационарной. Можно упомянуть лишь отдельные робкие попытки усомниться в подобной стационарности. Так, например, немецкий философ Генрих Олберс в 1823 г. обратил внимание, что если звёздный мир вечен, бесконечен и примерно одинаков везде, то в каждой точке неба должна быть видна звезда, т.е. всё небо должно светиться, а мы этого не наблюдаем. Отсюда делался вывод, что звёзды светили не всегда, и свет от далёких звёзд ещё не успел дойти до нас. Кроме того, было не очень понятно, почему звёзды за прошедшую вечность не успели под действием всемирного тяготения попадать одна на другую. Ещё раньше религиозный философ Блаженный Августин в своём "Граде Божием" обращал внимание на эволюцию цивилизации и делал вывод, что мир не вечен. Правда, возражение на этот довод имелось ещё в античной науке. Аристотель, например, считал, что периодически происходят катастрофы, после которых жизнь начинает развиваться сначала [Хокинг, 2000].

В науке идея внезапного рождения Наблюдаемой области Вселенной или даже "всей" Вселенной восторжествовала только с 1920 - 1930-х годов, когда был открыт и признан факт взрывообразного разбегания галактик. Так появилась теория Большого взрыва, которую не удалось поколебать до настоящего времени. Вторая половина XX века "подарила" учёным многочисленные независимые доказательства Большого взрыва и взрывообразного расширения Наблюдаемой Вселенной. Первым таким доказательством, как понимает читатель, послужило красное смещение линий в спектрах далёких объектов. Вторым - предсказание и последующее открытие микроволнового реликтового излучения.

Реликтовое излучение

Реликтовым называется излучение, возникшее при Большом взрыве и заполняющее пространство Наблюдаемой Вселенной. Это как бы та первая "вспышка", которая до сих пор "стоит в наших глазах", напоминая о молодости окружающего Мира. Время, прошедшее от первого мгновения Большого взрыва, по масштабам Вселенной не так уж велико, и всё-таки реликтовое излучение успело чуть-чуть "постареть", сместившись с видимого светового диапазона в микроволновую область спектра.

В настоящее время температура реликтового излучения составляет 2,7 градуса выше абсолютного нуля, причём по мере расширения Наблюдаемой Вселенной она будет падать всё дальше и дальше, стремясь к абсолютному нулю [Хокинг, 2000]. Когда эта температура упадёт ниже температуры чёрных дыр (порядка 1/10.000.000 градуса), начнётся постепенное испарение чёрных дыр, сопровождающееся их взрывами, т.е. Наблюдаемая Вселенная приобретёт совсем другой облик (см. конспект о звёздах).

Реликтовое излучение было предсказано Гамовым. Его целенаправленно искали Дикке и Пиблс. Тем не менее, открыто оно было случайно: в 1965 г. Пензнас и Вильсон, испытывая микроволновый детектор, обнаружили шум, одинаковый со всех направлений [Хокинг, 2000].

Реликтовое излучение очень однородно. Угловые флуктуации его яркости не превышают 0,001% [Сурдин, 2003а]. Это говорит об однородности Вселенной в первые моменты после Большого взрыва.

Важную информацию о реликтовом излучении принесли в 2001 - 2002 гг. приборы американского космического аппарата "MAR" ("Microware Anisotropy Probe" - "Зонд микроволновой анизотропии"). Впервые измерено фоновое излучение всего неба и построена детальная карта. Она налагает жёсткие временные рамки на возраст Вселенной - 13,7 миллиардов лет с ошибкой 1% (т.к. мы знаем, с какой скоростью должно изменяться реликтовое излучение). Кроме того, как указывается, было выяснено, что реионизация водорода началась через 200 миллионов лет после Большого взрыва ["Детство" Вселенной - на карте, 2003]. Та же цифра - 13,7 млрд. лет - воспроизводится и в последующих публикациях [Сурдин, 2004а].

Как уже говорилось выше, наряду с основным пиком реликтового излучения, который обусловлен Большим взрывом, недавно обнаружены ещё два меньших максимума, обусловленные акустическими колебаниями молодой Вселенной. Это говорит о вторичном волнении в сгустке плазмы через 300 тысяч лет после Большого взрыва [Эхо Большого взрыва, 2001]. Через год сообщается об открытии уже 5 - 6 пиков ["Портрет" Большого взрыва, 2002].

Доказательства расширения наблюдаемой Вселенной

В настоящее время известны многие другие доказательства расширения Наблюдаемой Вселенной, прямые и косвенные. Прямые - это ТЕСТЫ СЭНДИДЖА:
1. Наблюдаемая поверхностная яркость объектов уменьшается по мере роста красного смещения ("тест Толмана"). Это доказано Сэндиджем на примере эллиптических галактик [Решетников, 2003].
2. У далёких объектов наблюдается замедление времени. Чем дальше находится объект, тем с большей скоростью он должен удаляться, а значит, время должно замедляться. Это проверено на примере сверхновых первого типа, кривые блеска которых отличаются большим сходством по форме и длительности [Решетников, 2003].
3. Температура реликтового микроволнового излучения тем выше, чем дальше область, где это излучение наблюдается. Это доказано наличием в спектрах далёких квазаров таких линий, которые могут появиться только при дополнительном притоке энергии от реликтового излучения [Решетников, 2003].

Косвенными доказательствами расширения Наблюдаемой Вселенной являются и упоминавшиеся, и многие другие факты:
1. Видимое разбегание галактик, о чём судят по красному смещению спектральных линий.
2. Предсказание и открытие реликтового излучения.
3. Наблюдение самых далёких объектов, какие мы видим, примерно на расстоянии в 10 миллиардов световых лет. Такое расстояние свет преодолевает за время, примерно соответствующее возрасту Наблюдаемой Вселенной, т.е. свет более далёких объектов ещё не успел дойти. Если бы Наблюдаемая Вселенной существовала дольше, в ней были бы видны и более далёкие объекты [Ю.Н.]. Если бы она была вечной - всё небо светилось бы: доказательство Генриха Олберса [Хокинг, 2000].
4. Многочисленные примеры "нестационарности Вселенной":
   • чем дальше от нас галактики, тем они в среднем чуть-чуть другие, т.к. мы видим их на более ранней стадии эволюции. Например, 5 - 7 миллиардов лет назад у спиральных галактик редко встречались бары - вытянутые центральные образования, от концов которых отходят спиральные ветви. Мало было тогда и хорошо выраженных спиральных ветвей [Решетников, 2003]. Зато раньше было больше квазаров - галактик с активными ядрами;
   • доля взаимодействующих галактик сильно растёт с увеличением красного смещения. Раньше галактики взаимодействовали чаще, т.к. "Вселенная" была меньше, а галактик было больше (они ещё не посливались). Когда "Вселенная" была вдвое моложе, от трети до половины галактик находились в процессе слияния или сильного гравитационного взаимодействия [Решетников, 2003];
   • шаровые скопления в массивных галактиках в настоящее время не образуются, но, тем не менее, они существуют. Значит, раньше Наблюдаемая Вселенная была другой, и были условия для образования таких скоплений.
5. Многочисленные примеры соответствия предельного возраста объектов возрасту Наблюдаемой Вселенной, который определён другими способами:
   • мы знаем, с какой скоростью разрушаются шаровые скопления и видим продукты их разрушения (звёзды поля гало), а потому можем в первом приближении оценить, сколько времени потребовалось на разрушение скоплений. Это время примерно соответствует возрасту Наблюдаемой Вселенной, который получен другими способами;
   • в результате "жизнедеятельности" звёзд часть массы в виде чёрных дыр, нейтронных звёзд, белых карликов и планетоподобных тел выводится из круговорота галактического вещества, но пока такого "выведенного" вещества накопилось не более, чем следует по теории Большого взрыва; да и вообще коллапс с его чёрными дырами пока не "восторжествовал";
   • водород и гелий в результате термоядерного синтеза превращаются в более тяжёлые элементы и в конечном итоге - в железо, которое сохраняется в неизменном виде или "проваливается" в чёрные дыры; но пока железа и других продуктов синтеза накопилось не более того количества, какое должно было накопиться за время от Большого взрыва;
   • имеются многочисленные звёзды моложе Наблюдаемой Вселенной и примерно такого же возраста, но звёзд старше этого возраста мы не знаем. Звёзды чуть-чуть старше "Вселенной" иногда обнаруживались, но потом следовали опровержения.

Можно привести и другие примеры, подтверждающие нестационарность и определённый возраст Наблюдаемой Вселенной. В сочетании с прямыми доказательствами расширения Нашего Мира они делают теорию Большого взрыва очень убедительной.

Большой Взрыв

Момент Большого взрыва, как считается, характеризовался сингулярностью, т.е. бесконечностью кривизны пространства-времени и бесконечной величиной приливных сил. Это в 1970 г. было показано Пенроузом и Хокингом [Хокинг, 2000].

Ранние стадии горячей Вселенной описаны Гамовым и его аспирантом Ральфом Альфером. По просьбе Гамова к написанию статьи присоединился Ганс Бете, чтоб было "Альфер, Бете, Гамов". Эти учёные предсказали реликтовое излучение, которое в 1965 г. было открыто (см. выше).

На начальных этапах развития Вселенной её температура была столь высока, что препятствовала слипанию частиц за счёт ядерных или электромагнитных сил. При столкновениях частиц возникало много пар частица-античастица, причём образование пар происходило быстрее их аннигиляции.

Через секунду Вселенная состояла из фотонов, электронов, позитронов и нейтронов.

Вскоре воспреобладала аннигиляция. Электроны и позитроны аннигилировали, но осталось чуть-чуть избыточных электронов. Нейтрино и антинейтрино не аннигилировали, т.к. слабо взаимодействуют между собой и со всем остальным веществом. К сожалению, именно по этой причине их трудно наблюдать.

Через 100 секунд протоны и нейтроны объединились в ядра атомов, хотя самих атомов ещё не могло быть. Ядра водорода-протия (протоны) образовали также ядра водорода-дейтерия (протон и нейтрон), а те в свою очередь - ядра гелия (т.е. альфа-частицы, содержащие два протона и два нейтрона). Такой элементный состав в первом приближении сохранился до настоящего времени.

Через несколько часов образование ядер гелия прекратилось. Далее в течение миллиона лет происходили только количественные изменения: "Вселенная" расширялась, остывала и т.п.

Потом температура упала до нескольких тысяч градусов, и возникли атомы (ядра атомов при такой температуре смогли удерживать электроны). Примерно в это время по какой-то причине возникли флуктуации плотности вещества, после чего равномерное взрывообразное расширение некоторых областей чуть-чуть замедлилось из-за гравитации. Это в конце концов привело к формированию галактик и их скоплений.

Рассмотрим некоторые модели расширения Вселенной с их вариантами, хотя в полной мере понять их мы вряд ли можем.

Модель раздувающейся Вселенной (Алан Гут): сначала расширение Вселенной происходило со всё возрастающей скоростью, и только потом воспреобладало замедление. По этой модели ранняя Вселенная была горячей, но очень хаотической. Охлаждение привело к нарушению симметрии, что до какой-то степени аналогично превращению воды в лёд. Могло быть переохлаждение, т.е. нестабильное состояние, когда имеется добавочная энергия. Эта энергия должна быть с антигравитационным действием. За счёт этого расширение могло пойти со всё возрастающей скоростью. Даже там, где был сгусток вещества, притяжение было меньше отталкивания. Вселенная, расширяясь, оказалась бы почти без частиц, и все неоднородности сгладились. Значит, современное гладкое и однородное состояние могло возникнуть из большого числа разных неоднородных начальных состояний. Если расширение больше, чем гравитационное притяжение, то в ранней Вселенной свету должно хватить времени для перехода из одной области в другую. Отсюда одинаковые свойства разных областей Вселенной.

Старая модель раздувающейся Вселенной (Алан Гут): быстрое нарушение симметрии. Внутри старой фазы образуются "пузырьки" новой фазы с нарушенной симметрией. Пузырьки расширяются и сливаются, и вся Вселенная переходит в новую фазу. ОПРОВЕРЖЕНИЕ: Вселенная расширяется столь быстро, что даже при росте пузырьков со скоростью света, они не могут слиться и будут удаляться друг от друга. Тогда Вселенная была бы крайне неоднородной, а этого мы не наблюдаем.

Новая модель раздувающейся Вселенной (Андрей Линде из СССР, 1981, а также Стейнхард и Албрехт с Запада чуть позднее): медленное нарушение симметрии. Указанная выше трудность отпадает, если вся наша область Вселенной содержится внутри одного пузырька. ОПРОВЕРЖЕНИЕ ХОКИНГА: Симметрия должна нарушаться всюду одновременно. А то бы не было наблюдаемой однородности. Пузырьки должны быть больше Вселенной.

Хаотическая модель раздувающейся Вселенной (Андрей Линде, 1983). Нет фазового перехода и переохлаждения, а есть бесспиновое поле с квантовыми флуктуациями в ранней Вселенной. Энергия поля будет вести себя как космологическая постоянная. Результат действия поля - гравитационное отталкивание [Хокинг, 2000].

Концепция двух Больших взрывов, "Тёмная энергия"

Как утверждается в одной из заметок [Далёкие сверхновые и "тёмная материя", 2004], недавно было твёрдо установлено, что невидимая для нас "тёмная энергия" составляет около 70% плотности Вселенной. Носитель этой энергии неизвестен. Судить о "тёмной энергии" можно только по косвенным признакам - по результатам её воздействия на Вселенную. Одну из таких попыток предприняли американские учёные - сотрудники Института космического телескопа в Балтиморе. Они изучили 6 особенно удалённых сверхновых звёзд класса Ia, обладающих одинаковой светимостью в максимуме вспышки. Это позволяет очень точно определить расстояние до них. А цвет излучения (красное смещение) позволяет очень точно судить о скорости удаления этих звёзд от нас. Так можно судить о расширении Вселенной в различные периоды её существования.

Выяснилось, что космологическая константа описывающая "тёмную материю", постоянна или, по крайней мере, изменяется во много раз медленнее гравитации. В первое время после Большого взрыва тяготение сильно тормозило его, и влияние "тёмной энергии", расталкивающей Вселенную, было крайне мало. Но 5 млрд. лет назад эти две силы сравнялись, так как влияние гравитации по мере разлёта Вселенной всё время уменьшалось. Теперь раздвигающая сила "тёмной материи" преобладает над гравитацией, и Вселенная с ускорением разлетается [Далёкие сверхновые и "тёмная материя", 2004]. По сути 5 млрд. лет назад начался Второй Большой взрыв.

Возраст наблюдаемой Вселенной

С появлением научных данных о возникновении Наблюдаемой области Вселенной появилась возможность говорить о возрасте этой Наблюдаемой области или даже о возрасте всей Вселенной, что для деятелей современной эмпирической науки то же самое. Так появились различные шкалы эволюции Вселенной, которые последовательно сменяли одна другую:

1. Длинная шкала эволюции Вселенной (Дж. Джинс) - возраст Вселенной и всех её основных объектов, т.е. галактик, звёзд и планет, составляет 10^{13 ... 14} лет.

Эту цифру Джинс получил тремя способами:
1. из времени, необходимого на трату всей энергии звёзд, которая оценивалась по формуле Эйнштейна (энергия пропорциональна произведению массы на квадрат скорости света), при этом он ошибочно полагал, что звёзды за время их жизни тратят всю эту энергию на излучение;
2. из времени, необходимого на достижение наблюдаемого распределения скоростей звёзд в Галактике и наблюдаемого распределения скоростей орбитальных элементов двойных звёзд, которые тогда казались почти равновесными;
3. из ошибочной оценки радиоизотопного возраста земных пород.

2. Очень короткая шкала эволюции Вселенной (Э.Хаббл) - возраст Вселенной составляет 10⁹ лет (1 миллиард лет). Эта цифра получена из оценки скорости разбегания галактик и расстояния до них, но расстояние поначалу было определено с десятикратной ошибкой.

3. Короткая шкала эволюции Вселенной (по Э.Хабблу, но с исправлением ошибки) - Возраст Вселенной составляет до 10¹⁰ лет [Сурдин, 1999] или, как считали недавно, даже в полтора раза больше - примерно 15 миллиардов лет. Предполагаемый возраст Вселенной всё время корректировался и корректируется, если мы чуть-чуть иначе определяется расстояние до далёких галактик. Так, например, недавно было уточнено расстояние до 220 ближайших цефеид. Это сделано методом годичного параллакса при помощи европейского спутника "Гиппарх" [Звёзды "омолаживаются"..., 1998]. Выяснилось, что эти цефеиды (а, значит, и все остальные цефеиды) расположены чуть дальше, чем думали. Значит, они чуть ярче и потому моложе. Значит, и Галактики моложе. Им не 15, а 11 миллиардов лет, т.е. Вселенной порядка 10 - 12 миллиардов лет [Звёзды "омолаживаются"..., 1998]. Примерно такой же предельный возраст звёзд дала теория термоядерных реакций [Сурдин, 1999]. Согласно данным микроволнового американского спутника "MAR", при помощи которого впервые было закартировано всё небо, от Большого взрыва прошло 13,7 миллиарда лет с ошибкой 1% ["Детство" Вселенной - на карте, 2003; Сурдин, 2004а].

В общем, возраст Наблюдаемой Вселенной в последние десятилетия оценивается в интервале от 10 до 15 миллиардов лет. Последняя оценка - 13,7 миллиардов лет.

Большим или локальным был взрыв?

Если применительно к Наблюдаемой области Вселенной теория Большого взрыва не имеет возражений, то попытка перенести её на всю остальную Вселенную встречает серьёзные возражения и, главным образом, со стороны философов. Физики и философы в этом вопросе, как правило, расходятся во мнении. Постараюсь изложить доводы "враждующих" сторон.

Физики обычно придерживаются следующего стереотипа рассуждений. О том, что находится за пределами наблюдаемого, можно судить только по аналогии с наблюдаемым. В противном случае произошёл бы отход от основного принципа эмпирической науки. Вселенная в пределах её Наблюдаемой области в первом приближении однородна и расширяется, а, значит, у нас нет оснований считать её какой-то другой за пределами этой области. Кроме того, чем более значительные объёмы пространства мы рассматриваем, тем в среднем однороднее оказывается Вселенная в этих объёмах. Значит, при рассмотрении ещё больших объёмов (уже выходящих за рамки возможности наблюдения) Вселенная окажется ещё однороднее. В больших объёмах она везде однородна и расширяется. Поэтому Большой взрыв должен иметь отношение ко всей Вселенной [Хокинг, 2000]. На этом основании строятся все модели расширения Вселенной, упоминавшиеся выше.

Противоположная точка зрения может выглядеть следующим образом. Принципы эмпирической науки применимы только к наблюдаемым объектам. Если объект выходит за пределы наблюдений, он должен изучаться методами натурфилософии, которая выработала свои принципы. Ещё Эпикур утверждал, что о далёком (в т.ч. находящемся за пределами наблюдаемого), можно судить лишь по аналогии с близким (по аналогии с наблюдаемым). Но, во-первых, надо всесторонне всмотреться в близкое. Нельзя переносить на далёкое какое-то одно свойство близкого без учёта других его свойств. А, во-вторых, если в итоге выяснится, что далёкое может обладать разными свойствами, то нельзя верить в одну возможность и на основании этой веры отбрасывать другие возможности. Так всмотримся в близкое. В мире обычных масштабов бывает как относительно однородное, так и крайне неоднородное, которые связаны между собой всевозможными переходами. Однородный океан может сменяться архипелагом из бесчисленного множества островков, а те - столь же однородным материком, в пределах которого, однако, бывают участки с бесчисленными озерками. Открытие скоплений и сверхскоплений галактик сильно поколебало "веру" в однородность Наблюдаемой Вселенной и особенно с учётом того обстоятельства, что мы нашли именно такие предельные размеры структур, какие могли найти по применённой методике. В общем, мы можем говорить только об относительной однородности Наблюдаемой области, и мы не можем утверждать, что за пределами этой области однородность не сменится крайней неоднородностью (что "океан" не сменится "архипелагом" или "сушей").

Р.Олдершоу (R.Jldershaw, Амхерстский колледж, штат Массачусетс, США) выдвинул гипотезу иерархической космологии, развивающую теорию, которая вышла из моды с появлением представлений о Большом взрыве. Согласно этой теории, при каждом переходе в наблюдательной астрономии ко всё более крупномасштабным объектам за ними обнаруживаются следующая структура. Иначе говоря: кварки - барионы (протоны и нейтроны) - атомы - спутники планет - планеты - звёзды - шаровые скопления - галактики - скопления галактик - сверхскопления галактик... [Вселенная подобная матрёшке? 1992]. Если признать правильность этой модели, то, согласно Олдершоу, не Большой взрыв был 15 миллиардов лет назад, а локальный "местный" взрыв, в результате которого сформировался облик Наблюдаемой части Вселенной.

Эта гипотеза, как утверждается в той же журнальной заметке, снимает:
1. проблему происхождения Вселенной (она вечна);
2. проблему первоначальной точечности Вселенной (не было этого);
3. проблему "тёмной материи", или "скрытой массы", неизбежную при Большом взрыве ("скрытая" масса может находиться и вне области расширения);
4. проблему звёзд старше Вселенной (залетели в нашу область Вселенной из других областей за 15 [10 - 12] миллиардов лет) [Вселенная подобная матрёшке? 1992].

В космологическом отношении в гипотезе Олдершоу нет каких-либо противоречий, но не хватает и доказательств правильности подобных взглядов. В общем, эти взгляды могут существовать на правах общефилософских и строго не доказанных, как и представление о взрывающейся Вселенной. Есть, правда, ряд конкретных замечаний: возраст и Вселенной, и самых первых звёзд в самое последнее время оценивается не в 15, а в 13,7 миллиардов лет ["Детство" Вселенной - на карте, 2003; Сурдин, 2004а]; проблема скрытой массы имеет и иные решения [Возраст Вселенной..., 1997; др.]; существование звёзд "старше Вселенной" вроде бы теперь отрицается.

Попробуем ещё "повсматриваться в близкое". Для разных уровней организации материи характерно различное соотношение случайного и закономерного. Для атома преобладает закономерное, он описывается только статистически. В мире привычных масштабов видны и случайное, и закономерное. Для более крупных структур случайное заметно сразу (Млечный Путь люди знали с древности), а закономерное познаётся с большим трудом (путём сравнения Млечного Пути с другими галактиками). Наивысшая среди известных структур - Наблюдаемая Вселенная - демонстрирует нам лишь случайное. Это означает, что о Вселенной нельзя судить по её Наблюдаемой части, которая рассматривается в целом, т.к. эта часть для нас единственная. Это неграмотно с позиций статистики. Мы, например, оказались частью взрывающейся области, а могли бы быть частью стабильного уголка, частью живого или неживого объекта, разумного или неразумного.

Сделаем ещё один логический шаг в том же направлении. Вокруг нас бывают взрывы звёзд, метеоритов, вулканов, газовых скоплений и произведений рук человеческих. Но, если взрывается сверхновая звезда, это не означает, что все звёзды существуют в состоянии подобного взрыва. Относительно стабильных объектов больше. Так и с Нашей областью Вселенной. Если она взорвалась и продолжает взрывообразно расширяться, то это не означает, что везде во Вселенной происходит взрыв. Можно предположить, что за пределами взрывающейся области расположен относительно стабильный мир, существующий по совершенно другим законам. Он значительно больше Нашего взорвавшегося мира и отделён от него фронтом ударной волны Большого взрыва.

В общем, идея Большого взрыва и идея Локального взрыва в натурфилософском плане равноправны, и я бы даже отдал второй идее предпочтение...

Глава 8. Натурфилософские обобщения (глава пока не дописана)

Типы равновесия космических тел

В книге В.Г.Сурдина "Рождение звёзд" [1999] в табличной форме рассматриваются типы равновесия космических тел. Это столь важное обобщение, что его нужно процитировать целиком.

Планетные системы вроде Солнечной, [системы вроде системы Юпитера], двойные звёзды и спиральные галактики находятся в относительном равновесии за счёт примерного равенства сил между грави- тацией (фактор сжатия) и вращением (фактор расширения). Равновесие может быть утрачено вследствие излучения гравитационных волн (для всех систем) и вылета звёзд (для галактик). Время жизни перечисленных систем - от 10⁹ до 10¹⁶ лет.

Нормальные звёзды находятся в относительном равновесии за счёт примерного равенства сил между гравитацией (фактор сжатия) и давлением газа в недрах (фактор расширения). Равновесие может быть утрачено вследствие выгорания термоядерного топлива. Время жизни таких звёзд - от 10⁶ до 10¹² лет.

Белые карлики и нейтронные звёзды находятся в относительном равновесии за счёт примерного равенства сил между гравитацией (фактор сжатия) и давлением вырожденного газа в недрах (фактор расширения). Равновесие не может быть утрачено вследствие действия известных причин. Поэтому время жизни перечисленных систем в настоящее время приходится считать бесконечно большим (вечность).

Планеты, их спутники и т.п. тела находятся в относительном равновесии за счёт примерного равенства сил между гравитацией (фактор сжатия) и электрической силой Ван-дер-Ваальса (фактор расширения). Равновесие не может быть утрачено вследствие действия известных причин. Поэтому время жизни перечисленных систем в настоящее время приходится считать бесконечно большим (вечность). Звёздные скопления и эллиптические галактики находятся в относительном равновесии за счёт примерного равенства сил между гравитацией (фактор сжатия) и хаотическим движением звёзд (фактор расширения). Равновесие может быть утрачено вследствие вылета звёзд. Время жизни перечисленных систем соответственно - 10^{8 ... 12} и 10^{13 ... 15} лет.

Атомарные облака находятся в относительном равновесии за счёт примерного равенства сил между внешним давлением [газа, света и т.д.] (фактор сжатия) и [главным образом] внутренним давлением газа (фактор расширения). Равновесие может быть утрачено вследствие испарения или слипания облаков. Время жизни атомарных облаков - 10⁷ лет.

Гигантские молекулярные облака находятся в относительном равновесии за счёт примерного равенства сил между гравитацией (фактор сжатия) и крупномасштабными потоками газа (фактор расширения). Равновесие может быть утрачено вследствие формирования звёзд и их энерговыделения. Время жизни этих облаков - от 10⁷ до 10⁸ лет.

Специфические свойства каждой части Вселенной

Как показано выше, Туманность Андромеды, которая лишь чуть-чуть крупней Нашей Галактики, демонстрирует особые свойства [Ефремов и др., 1998]. Может быть, в каждой галактике имеется своя специфическая внутригалактическая среда, зависящая от массы, размера, истории или других особенностей галактики [Ю.Н.]. От этих рассуждений легко перейти к более общему выводу, что законы природы везде до какой-то степени специфичны. Так, например, в космосе, т.е. в вакууме, по излучению открыты высоковозбуждённые атомы диаметром до 0,1 мм [Сороченко, Саломонович, 1987]. Таковы, в частности, атомы водорода и металлов в молодых планетарных туманностях [Клочкова, Панчук, 2002]. Вне космоса такие атомы не могут существовать из-за столкновений с другими атомами [Сороченко, Саломонович, 1987].

Прочие натурфилософские обобщения

Структурированность и бесструктурность материи

Для материи характерна структуированность, т.е. объединение в более или менее дискретные структурные единицы, начиная от т.н. элементарных частиц и кончая крупными структурами вроде скоплений и сверхскоплений галактик.

На уровне элементарных частиц (первом уровне) и на уровне нуклонов (втором уровне) мы не знаем бесструктурной материи, т.е. в элементарные частицы и нуклоны объединена вся наблюдаемая материя. Отсутствие такого объединения мы можем предположить только для центральных точек чёрных дыр и для той точки, в которой якобы была заключена Вселенная в первый момент Большого взрыва, но материя в этих точках не относится к категории наблюдаемой.

В структуры более высокого ранга, чем элементарные частицы и нуклоны, т.е. в сложные структуры, объединена не вся материя. На уровне этих сложных структур для материи характерны как структуированность, так и бесструктурность. Рассмотрим примеры. Под элементарностью "элементарных частиц" мы понимаем отсутствие у них каких-либо составных частей и, стало быть, принципиальную невозможность самостоятельного существования этих частей. Каждый нуклон, т.е. протон или нейтрон, мы считаем состоящим из трёх кварков. Значит, мы признаём принципиальную возможность автономного существования кварков (например, в первые мгновения Большого взрыва). Но в условиях современной Наблюдаемой Вселенной все кварки объединены в нуклоны и не могут быть самостоятельными, т.к. нет сил, способных "разбить" протон или нейтрон на его составные части. Объединение кварков в нуклоне столь прочное, что даже высказываются сомнения в том, что они являются тремя частицами, а не разными сторонами одной и той же частицы, которая в этом случае оказывается элементарной. На уровне атомных ядер материя, в основном, структуирована, но не вся и не всегда, т.к. эти ядра способны распадаться на части (протоны, нейтроны), которые могут какое-то время существовать самостоятельно. На атомном уровне, который очень близок ядерному, т.е. является почти тем же уровнем, материя структуирована в значительно меньшей степени: атомы могут терять электроны, которые длительно существуют вне ятомов. Без специального анализа трудно сказать, каких электронов больше - "самостоятельных" или находящихся в составе атомов. В звёздах преобладает водородная и гелиевая плазма, т.е. электроны оторваны от ядер, но само звёздное вещество не является преобладающим в окружающем пространстве. Ионизованного газа не так уж много во внутренней части галактик, хотя его много в галактических коронах. И всё-таки, наверное, вещества, составленного из "нормальных" атомов, мы знаем больше. Это облака атомарного и молекулярного водорода, планеты, астероиды, кометы и космическая пыль вблизи Солнца и других звёзд, а также планетоидные и т.п. тела, самостоятельно "блуждающие" по галактикам (большая часть "тёмной" материи). Что же касается молекулярно-кристаллического уровня, то здесь структуированность выражена ещё чуть-чуть слабее, чем на атомном уровне: из приведённого перечня нужно исключить атомарные облака и, может быть, частично ещё какие-то категории объектов. Последующие уровни обособлены от других не столь чётко, но, наверное, существует уровень, соответствующий пылинкам и т.п. объектам (пыль межзвёздных газопылевых облаков, пылинки в кольцах Сатурна и других планет, метеорные потоки). Пыли в космосе значительно меньше, чем газа, т.е. на данном уровне отчётливо преобладает бесструктурность. Тем не менее, это не такой простой вопрос, т.к. многие пылинки успели объединиться в планеты и т.п. тела. Следующий хорошо выраженный уровень - это планеты с их спутниками. Строго говоря, это не один, а два уровня, но для простоты объединим их из-за очевидной близости. Мы вроде бы знаем, что в Солнечной системе в планеты с их спутниками объединена меньшая часть околосолнечного вещества. Остальное вещество пребывает в виде малых тел (астероиды, тела пояса Койпера, кометы, кометные "зародыши" в облаке Оорта). Если астероидов по массе сравнительно мало, то уж облако Оорта столь велико и массивно, что планетообразование никак нельзя считать завершившимся. Значит, на планетном уровне пока главенствует бесструктурность. На звёздном уровне вещество выглядит, в основном, структуированным, но только выглядит, т.к. звёзды видны лучше, чем незвёздные объекты. "Тёмной" материи в окружайщей части Вселенной по массе значительно больше, чем звёзд, даже если под "звёздами" понимать их системы с большими и малыми планетами, кометоподобными телами, пылью и т.д. Рассмотрение в составе этого структурного уровня таких продуктов звёздной эволюции как белые карлики, нейтронные звёзды и чёрные дыры может не изменить ситуацию, т.к. внешние части протогалактических облаков ещё находятся на дозвёздном этапе своей эволюции, и они очень велики по массе. Имеется и межгалактическое вещество. Что касается двойных и кратных звёзд, то этот уровень организации материи широко представлен в Нашей Галактике, но здесь много и одиночных звёзд (бесструктурный элемент). "Рыхлыми" структурными уровнями (звёздные ассоциации, агрегаты, комплексы и регионы) можно пренебречь, т.к. это не совсем "полноценные" уровни: звёзды объединены не столько гравитацией, сколько единством происхождения. А вот рассеянные и шаровые скопления уже надо учитывать. Тем не менее, звёзд, которые не принадлежат скоплениям и непосредственно входят в состав галактик во много раз больше. Значит, и здесь главенствует бесструктурность. Галактики - это наиболее чётко выраженный уровень организации материи в мегамире. Не исключено, что наибольшая часть материи входит в состав тех или иных галактик (в виде звёзд, планетоподобных тел, газопылевых облаков, чёрных дыр, а также в виде "тёмного" гало, газовых корон и других периферийных остатков протогалактических облаков). Но, как считается, имеются и внегалактические объекты: разреженное межгалактическое вещество (в т.ч. часть "тёмной" материи), отдельные звёзды и их группипровки. Кроме того, галактики из-за их гигантских размеров эволюционируют медленно, и по их "внутренним часам" прошли только первые мгновения от рождения. В дальнейшем центральные части галактик могут проколлапсировать, а в этом случае часть вещества будет выброшена за пределы галактик (при подходе двойной звезды к чёрной дыре одна из звёзд "заглатывается", а другая отбрасывается прочь с огромной скоростью). Такие структурные уровни как скопления и сверхскопления галактик сходны с галактиками, но ещё менее сформированы.

На всех уровнях, кроме элементарного и нуклонного, соотношение структуированности и бесструктурности постепенно меняется. Тяжёлых элементов становится больше, т.е. на ядерном уровне растёт структуированность. На атомном уровне структуированность тоже растёт: Наблюдаемая Вселенная остывает, и плазма превращается в атомарное вещество (из звёзд образуются "тёмные" продукты звёздной эволюции). И молекул тоже становится больше (в составе тех же продуктов звёздной эволюции). В результате деятельности звёзд молекулы также оказываются сгруппированы в пылинки и более крупные компактные тела. Планеты и их спутники увеличиваются в размерах, что мы видим на примере Земли и Луны, поглощающих малые тела Солнечной системы. На звёздном уровне тоже наблюдается увеличение структуированности: новые порции межгалактического вещества вовлекаются в "звёздный" круговорот с образованием неразрушающихся продуктов звёздной эволюции. Системы двойных и кратных звёзд иногда распадаются (и самопроизвольно, и после взрыва одной из звёзд), но всё-таки их в Нашей Галактике становится всё больше и больше, т.к. увеличивается общее число звёзд и их остатков. Количество рассеянных скоплений в Нашей Галактике длительное время остаётся примерно на одном уровне, т.к. эти скопления образуются и разрушаются с постоянной скоростью. Но такое положение не может быть вечным, т.к. звездообразование рано или поздно пойдёт на спад (из-за исчерпания межгалактического, а потом и галактического разреженного вещества). А в далёком прошлом рассеянных скоплений, наверное, было чуть больше, т.к. больше было межзвёздного газа, и звездообразование протекало интенсивней. Что же касается шаровых скоплений, то их в Нашей Галактике на ранних этапах её существования безусловно было во много раз больше. Сейчас эти образования только разрушаются, хотя и медленно. В общем, на уровне звёздных скоплений структуированность вещества уменьшается, что не соответствует общей тенденции для большинства уровней и чему ниже предлагается объяснение. На галактическом уровне структуированность в настоящее время растёт. Наверное, то же самое можно сказать о надгалактических уровнях, хотя эволюцию скоплений и сверхскоплений галактик мы пока знаем очень плохо. Там, например, вещество в центральной части систем коллапсирует к центру, а периферическое продолжает "разъезжаться", повинуясь общему расширению Наблюдаемой Вселенной.

Обобщая материал предыдущего абзаца, можно сказать, что в Наблюдаемой Вселенной мы, как правило, видим увеличение структуированности вещества. Оно происходит примерно на семи-восьми уровнях организации материи (ядерном и атомном, молекулярно-кристаллическом, спутниковом, планетном, звёздном, кратнозвёздном, галактическом). На двух уровнях (элементарном и нуклонном) увеличение структуированности не происходит, но лишь потому, что стопроцентная структуированность достигнута раньше или была изначально. Ещё о двух уровнях мы не имеем достаточных сведений, но предполагаем рост структуированности. И только на одном уровне - уровне звёздных скоплений - происходит уменьшение структуированности. Структуированность вещества уменьшается только в ближайших окрестностях чёрных дыр, где приливные силы по мере приближения к горизонту событий последоваткельно от высших к низшим уничтожают структурные уровни организации материи. Теоретически в центре дыры вещество становится абсолютно бесструктурным, но это происходит за горизонтом событий, т.е. вне Наблюдаемой Вселенной. Окрестности чёрных дыр, таким образом, обладают свойствами, противоположными остальным участкам Наблюдаемой Вселенной: эволюция материи направлена здесь в другую сторону.

Иерархия структур Вселенной

Структурные уровни организации материи образуют иерархический ряд, и каждая элементарная частица может как быть "независимой", так и входит в состав того или иного числа уровней высшего порядка. Можно, например, представить себе одинокий электрон, который находится во внегалактическом пространстве вне скоплений и сверхскоплений галактик, хотя, конечно, он будет испытывать гравитационное воздействие тех или иных структур и со временем должен стать "полноправным" членом каких-то из них (это означает эволюцию Наблюдаемой Вселенной в сторону структуированности материи). Но элементарная частица (например, кварк) может уже сейчас входить в состав одновременно нуклона, атомного ядра, атома, молекулы (или кристаллической решётки), спутника планеты, системы из планеты и её спутников, системы вроде Солнечной, системы из нескольких далёких кратных звёзд [?], рассеянного звёздного скопления, небольшой галактики, системы из нескольких галактик, группировки из нескольких таких систем, скопления галактик, сверхскопления галактик. Мы насчитали 14 уровней организации вещества. Вероятно, их может быть чуть больше. Можно, например, представить себе наличие у планетного спутника своего спутника, а также двух-трёхуровневую систему кратных звёзд, хотя в последнем случае, наверное, не смогут существовать планеты с их спутниками. Могут быть также открыты структуры больше сверхскоплений галактик.

В то же время, если не рассматривать гипотетические высшие (больше сверхскоплений галактик) и гипотетические низшие уровни (меньше "элементарных" частиц), то число уровней организации материи ограничено. Иными словами, число таких уровней в пределах отрезка на оси масштабов не может быть больше какого-то определённого числа. Это результат наблюдений.

Вероятно, ограниченность числа структурных уровней объясняется конкуренцией между ними. Так, например, звёздные скопления разрушаются под воздействием приливных сил Галактики и гигантских молекулярных облаков, но такие скопления могли бы значительно дольше существовать вне Галактики. Многоуровневые системы кратных звёзд могут быть разрушены в результате пролёта около "чужой" массивной звезды, но во внегалактическом пространстве такая встреча была бы крайне маловероятной. В космосе имеются гигантские атомы с электронами...

Литература

Барнес Д., Хернквист Л., Швейцер Ф. Сталкивающиеся галактики. - В мире науки. 1991. № 10. С. 14 - 22.

Бернс Д.О. Гигантские структуры Вселенной. - В мире науки. 1986. № 9. С. 12 - 23.

Ближайший космический мираж. - Природа. 2004. № 2. С. 77 - 78 [ESO Press Release. 19/03. 16 July 2003].

В глубинах темноты. - В мире науки. 1987. № 12. С. 116 - 117.

В космосе - очередная странность. - Природа. 2001. № 11. С. 77 - 78 [Science. 2001. Vol. 291. No. 5503. P. 440 (CША)].

В центре Млечного Пути - чёрная дыра. - Природа. 1999. № 4. С. 98 [Scienсe News. 1998. Vol. 153. No. 4. P. 59 (США)].

Василенко Ж.Г., Сурдин В.Г. Ключ к межзвёздной химии найден. - Природа. 1997. № 7. С. 27 - 30.

Вибе Д.З. Две необычные планетные системы. - Природа. 2001а. № 7. С. 50.

Вибе Д.З. Планеты без звёзд. - Природа. 2001б. № 11. С. 77.

Вибе Д.З. Молекулярные оболочки вокруг галактики Центавр А. - Природа. 2001в. № 1. С. 51 - 53.

Вибе Д.З. Чёрные дыры в шаровых скоплениях. - Природа. 2003а. № 1. С. 78.

Вибе Д.З. Орбита звезды в центре Галактики. - Природа. 2003б. № 6. С. 82 - 83.

Вибе Д.З. Звёзды рождаются не только в галактиках. - Природа. 2003в. № 10. С. 67.

Вибе Д.З. Гамма-всплески - взрывы сверхновых? - Природа. 2003г. № 7. С.76 - 77.

Вибе Д.З. Розы в южном небе. - Природа. 2004. № 7. С. 79.

Вновь измерена масса Галактики - Природа. 1990. № 1. С. 103 [Astrophysics and Space Science. 1989. Vol. 153. P. 67 (США)].

"Возможно обитаемая зона в Галактике" - Природа. 2004. № 12. С. 72 [Science. 2004. Vol. 303. No. 5654. P. 27, 29 (CША)].

Возраст Вселенной: парадокса просто не существует? - Природа. 1997. № 3. С. 106 [New Scientist. 1996. Vol. 151. No. 2016. P. 16 (Великобритания)].

Возраст и химический состав Млечного Пути. - Природа. 1988. № 7. С. 102 - 103 [Астрономический циркуляр. 1987. №№ 1585, 1486, 1501].

Всё меньше рождается звёзд. - Природа. 2004. № 4. С. 81 [Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2003. Vol. 343. P. 1143 (Великобритания)].

Вселенная подобная матрёшке? - Природа. 1993. № 1. С. 107 [Ast- rophysics and Space Science. Vol. 189. P. 163]

Вторая жизнь радиогалактики. - Природа. 2000. № 12. С. 75 - 76 [Science. 2000. Vol. 289. No. 5476. P. 28 (CША)].

Галактическая провинция Южная Корона. - Природа. 2001. № 8. С. 43 [ESO Press Photos 25a-b/00. 6 October 2000].

Галактические "ураганы" и образование галактик. - Природа. 1988. № 7. С. 103. [Astrophysical Journal. 1987. Vol. 93. P. 276 - 279 (США)].

Где наше место в Галактике? - Природа. 1996. № 9. С. 103 [New Scientist. 1995. Vol. 148. No. 1998. P. 17 (Великобритания)].

Гетманцев Г.Г. Радиоастрономия. - в кн.: Вселенная. М., Госкультпросветиздат, 1955. С. 303 - 340.

Гибель красного гиганта порождает условия для жизни. - Природа. 2002. № 5. С. 79 [Science. 2001. Vol. 293. No. 5526. P. 407 (США)].

Гончаров Г.А. Тени звёзд. - Природа. 1999. № 5. С. 35 - 41.

Дагаев М.М. Мир звёзд. - в кн.: Вселенная. М., Госкультпросветиздат, 1955а. С. 223 - 274.

Дагаев М.М. Галактика. - в кн.: Вселенная. М., Госкультпросветиздат, 1955б. С.275 - 294.

Далёкие сверхновые и "тёмная энергия". - Природа. 2004. № 9. С. 81 [Science. 2004. Vol. 303. No. 5662. P. 1271 (CША)].

Двойное "сердце" галактики. - Природа. 2003. № 8. С. 81 - 82 [Science. 2002. Vol. 298. No. 5599. P. 1698 (CША)].

"Детство" Вселенной - на карте. - Природа. 2003. № 12. С. 71 [Science. 2003. Vol. 299. No. 5609. P. 991 (CША)].

Дресслер А. Крупномасштабный поток галактик. - В мире науки. 1987. № 11. С. 12 - 21.

Ефремов Ю.Н. Загадки звёздных дуг. - Природа. 2000. № 10. С. 34 - 41.

Ефремов Ю.Н. Звёздные сверхскопления и сверхассоциации. - Природа. 2004. № 6. С. 23 - 30.

Ефремов Ю.Н., Засов А.В., Чернин А.Д. Звёздные комплексы и спиральные рукава. - Природа. 1998. № 3. С. 8 - 16.

Звёзды "омолаживаются", а Вселенная "стареет". - Природа. 1998. № 4. С. 104 - 105 [New Scientist. 1997. Vol. 153. No. 2070. P. 17 (Великобритания)].

Изучая "тёмную материю". - Природа. 2002. № 6. С. 79 [Science. 2001. Vol. 293. No. 5537. P. 1970 (CША)].

Источник космической пыли установлен. - Природа. 1999. № 4. С. 97 - 98 [Nature. 1998. Vol. 392. No. 6678. P. 75 (Великобритания); Science. 1998. Vol. 280. No. 5360. P. 38 - 39 (США)].

Как стать звездой. - Природа. 2001, № 5. С. 80 - 81 [Nature. 2001. Vol. 409. P. 159 (Великобритания)].

"Каннибал" живёт по соседству. - Природа. 1994. № 6. С. 85 - 86 [Astronomical Journal. 1993. Vol. 105. P. 886 (США); New Scientist. 1993. Vol. 139. No. 1883. P. 14 (Великобритания)].

Квазар-рекордсмен: красное смещение 5,82. - Природа. 2000. № 10. С. 88 [Press Release SDSS (Sloan Digital Sky Survey) 00-01. 13 April 2000 (США)].

Кинг А.Р. Шаровые скопления. - В мире науки. 1985. № 8. С. 37 - 43.

Клочкова В.Г., Панчук В.Е. От звезды к планетарной туманности - Природа. 2002. № 3. С. 28 - 29.

Космическая ультрафиолетовая обсерватория. - Природа. 2000. № 5. С. 77 [Astronomy and Geophysics. 1999. Vol. 40. No. 4. P. 3 (Великобритания)].

Космические лучи как климатообразующий фактор. - Природа. 2001. № 8. С. 82 - 83 [Physical Review Letters. 2000. Vol. 85. P. 5004 (CША)].

Марков А.В. За пределами Галактики. - в кн.: Вселенная. М., Госкультпросветиздат, 1955. С. 295 - 302.

Марочник Л.С., Усиков Д.А., Долгополова Е.И. Облако Оорта. - Природа. 1987. № 12. С. 36 - 45.