§ 81. Ближайшие соседи Галактики

За пределами Галактики расположены многочисленные подобные ей звездные системы, которые называются галактиками (с малой буквы). Самая яркая галактика северного полушария неба - туманность Андромеды, или М 31 (рис. 163), о которой мы упоминали в § 1 и § 80. Это одна из ближайших к нам звездных внегалактических систем, довольно хорошо изученная. На рис. 163 видно, что у нее есть сфероидальное ядро, от которого отходят спиральные ветви - «рукава». Экваториальный диаметр ядра равен 1200 пс, в то время как полярный составляет 900 пс. Спиральные ветви простираются до 10 тыс. пс, хотя более слабые их части можно проследить фотометрически вплоть до расстояния порядка 30 тыс. пс.

Внешние части спиральных ветвей и ядро были «разложены» на отдельные звезды. €реди входящих в спиральные ветви звезд были открыты многочисленные цефеиды, что дало возможность оценить модуль расстояния (разность между видимой и абсолютной величинами), который оказался равным 24,2 звездной величины. Отсюда найдено, что галактика М 31 удалена от нас на 690 тыс. тгс, что соответствует 2,2 млн. светового года!

В галактике М 31, так же как и в нашей Галактике, «перемешаны» по крайней мере две составляющие: плоская, характерная для спиралей, и сферическая - для ядра. Галактика М 31, подобно нашей, окружена подсистемой из многочисленных (свыше ста) шаровых звездных скоплений.

Рис. 163. Фотография туманности Андромеды - галактики М31

Пространственная ориентировка галактики М 31 такова, что луч зрения наблюдателя наклонен к плоскости ее экватора на угол 15-16°, что несколько затрудняет изучение ее спиральной структуры, но дает возможность судить (по определению лучевых скоростей различных ее частей) о ее вращении вокруг ядра. Закон изменения скорости вращения с расстоянием от ядра оказался довольно сложным (рис. 164). Ядро вращается как одно целое подобно твердому телу, что свидетельствует о почти равномерном распределении в нем вещества. На границе ядра скорость достигает значения, немного меньшего 100 км/сек, и один полный оборот совершается за 25 млн. лет. Затем скорость уменьшается до нуля и снова растет с расстоянием при переходе в область спиральных ветвей.

Рис. 164. Распределение скорости вращения внутри галактики М31 в зависимости от углового расстояния от ее ядра. Расстояния выражены в минутах дуги

Плавное нарастание скорости продолжается до расстояния, равного 9 тыс. пс, где она достигает 370 км/сек, а период орбитального движения - 200 млн. лет. Более далекие части галактики движутся медленнее.

В галактике М 31 есть планетарные туманности, диффузные газовые облака, испускающие эмиссионный линейчатый спектр, и поглощающее свет пылевое вещество, тонким слоем охватывающее ее экваториальные области. Просвечивающие сквозь этот слой звезды ослаблены и покраснены. Массы рассеянного водорода являются причиной ее радиоизлучения. В ней часто вспыхивают новые звезды, и даже один раз, в 1885 г., астрономы стали свидетелями вспышки сверхновой звезды S Андромеды, которая достигла в максимуме блеска 6-й видимой звездной величины; в это время ее абсолютная звездная величина была равна - 18т. Вращение галактики Андромеды дало возможность определить ее массу. Эта масса оказалась исключительно большой, близкой к 360 х 10⁹ масс Солнца! Следовательно, в звездной системе М 31 содержится не меньше 400 млрд. звезд. Общая светимость этой галактики также огромна: ее «интегральная» абсолютная звездная величина равна - 21^m!

Спиральные галактики обозначаются буквой S. Спиральное строение еще лучше видно на снимке туманности Гончих Псов М 51 (рис. 165).

(В книге-источнике отсутствуют страницы: 303-306)

где r - расстояние до галактики (в мегапарсеках), с - скорость света, а Н - постоянная, примерно равная 100 км/сек x Мпс.

Это дает возможность вычислить расстояние галактики от нас, если удалось измерить ее лучевую скорость. Зная же расстояние, можно вычислить некоторые физические характеристики, например, абсолютную звездную величину (по видимой звездной величине) и размеры (по угловому диаметру).

Если истолковать явление красного смещения как реальное разбегание галактик вдоль луча зрения, то при малых скоростях, согласно эффекту Доплера, должна оправдываться формула

υ = z x c. (7.18)

Однако, если v сравнима со скоростью света с, то ее приходится заменить, согласно специальной теории относительности, формулой

(7.19)

Из этой обобщенной формулы следует, что при z = 1 υ = 3/5c, а при z = 2 υ = 4/5с и т. д.

Наблюдения показали, что очень далекие от нас галактики «удаляются» со скоростями, превышающими 100 000 км/сек\

Было бы наивно думать, что Земля является центром Вселенной и что все галактики разбегаются от нее. Красное смещение получило иное толкование, опирающееся на общую теорию гравитации Эйнштейна. По этой теории гравитирующая масса изменяет свойства окружающего ее пространства. Движение планеты происходит по геодезической линии (линии «кратчайших расстояний») искаженного пространства, которая может иметь вид, очень мало отличающийся от одного из конических сечений - окружности, эллипса, параболы и гиперболы. Пространство не только «искривлено», но оно также замкнуто и имеет некоторый «радиус мира», зависящий от средней плотности заключенного в нем вещества.

Рис. 167. Камертонная классификация галактик Хаббла

Чтобы облегчить восприятие столь трудного понятия как трехмерное замкнутое пространство, приведем аналогию двумерной сферы. Допустим, что мы являемся двумерными существами, лишенными восприятия третьего измерения, и находимся в некоторой точке А сферы радиуса R. Далее, примем, что лучи света могут распространяться только по поверхности этой сферы. Тогда они придут в точку А из точки В вдоль дуги ВА , из точки С вдоль дуги СА и т. д. Предположим, что радиус этой сферы растет пропорционально времени. Тогда все дуги ВА, СА и т. д. будут увеличиваться также пропорционально времени.

Отсюда вытекают два важных вывода.

Во-первых, если выбрать любую точку сферы за пункт наблюдения, то все дуги, сходящиеся в ней от разных источников, будут возрастать. Поэтому все пункты наблюдений будут равноправными - каждый наблюдатель будет видеть расширение окружающего его двумерного пространства.

Во-вторых, скорость увеличения каждой дуги пропорциональна величине дуги. Поэтому с увеличением расстояния скорость расширения будет возрастать.

Нечто подобное происходит и в Большой Вселенной. Радиус мира растет, и мы видим, что галактики «разбегаются» от нас во все стороны. Решение очень сложных уравнений, описывающих это явление, показывает, что Вселенная может расширяться, или сжиматься, или пульсировать. На данном этапе развития она расширяется.

Вернемся теперь к описанию вида галактик. Он может быть весьма разнообразным. На рис. 167 избражена предложенная Хабблом классификация галактик. Буквой Е обозначаются эллиптические галактики. Приписанная справа цифра характеризует вытянутость: ЕО - круглая галактика, Е7 - сильно вытянутая.

Буква S избрана для обозначения спиральных галактик. Нормальными называются такие спиральные галактики, у которых ветви отходят непосредственно от ядра, их обозначают также символом SA. В том же случае, если ядро пересечено перемычкой, от концов которой отходят ветви спирали, такую галактику называют «пересеченной» и обозначают символом SB. Приписанная справа буква а, Ь или с характеризует степень развития спирали. Буквой I или 1г обозначаются галактики, имеющие неправильную форму.

Постепенно классификацию Хаббла стали дополнять и усложнять, чтобы полнее описать все разнообразие наблюдающихся форм. Сведения об этих новых классификациях можно найти в книге Б. А. Воронцова-Вельяминова «Внегалактическая астрономия» («Наука», 1972).

Изучение галактик показало, что хотя в среднем они распределены в больших объемах пространства равномерно, они образуют реальные группы и скопления. Так, например, можно считать, что Галактика, оба Магеллановых Облака, туманность Андромеды (М 31), туманность Гончих Псов (М 51) , туманность Треугольника (М 33) и еще 10 менее крупных галактик образуют Местную группу.

Гораздо более богатое скопление мы наблюдаем в направлении созвездия Девы. В него входят несколько тысяч главным образом спиральных галактик, рассеянных на площади около 120 квадратных градусов. Расстояние до центра этого скопления около 12 мегапарсек.

Богатое скопление галактик находится в созвездии Волос Вероники, где их насчитывается около 800. Расстояние до него равно 14 Мпс. Радионаблюдения этого скопления показали, что в нем содержится также 10¹⁴ масс Солнца диффузного водорода!

Кроме того, исследования скоплений галактик показали, что в межгалактическом пространстве существует также темная несветящаяся материя и притом в значительных количествах, так что она способна поглощать свет очень далеких от нас галактик.

Конечно, где-то, очень далеко от нас, мы должны подойти к границам системы скоплений галактик - Метагалактики, этого архипелага островов Вселенной. Когда при помощи еще более мощных телескопов мы приблизимся нашим взором к ее краю, мы будем искать похожего внеметагала тического соседа.