КулЛиб - Классная библиотека! Скачать книги бесплатно 

IV. Звездные острова [Николай Михайлович Сухомозский] (fb2) читать онлайн


 [Настройки текста]  [Cбросить фильтры]

«Истина прячется в бездне»

(Ф. Шиллер).


IV. ГАЛАКТИКИ

IV.1. Звездные острова

Визитная карточка

Г. – основная структурная единица нашей Вселенной.

По современным представлениям, галактикам свойственно группироваться в скопления и сверхскопления, которые образуют своеобразные трехмерные космические «ячейки», размеры которых достигают сотен миллионов световых лет. Вблизи изогнутых «стенок» сосредоточена большая часть видимого вещества и по мере приближения к «вершинам» и «ребрам» плотность галактик возрастает.

Одним из нерешенных остается вопрос о формировании галактик, чей возраст около 12 млрд. лет (то есть, они появились спустя два миллиарда лет после Большого взрыва). Современные модели эволюции не в состоянии объяснить столь быстрое образование гигантских звездных систем.


Общие сведения*

Наблюдаемое количество             свыше 3 млрд.

Средний диаметр                  1-100 Кпс.

Скорость обращения вокруг центра       100-400 км/с.

Количество звезд в каждой            от 100 млн. до 100 млрд.

Средний возраст                  10 млрд. лет

Самая удаленная от Земли            12,9 млрд. световых лет.

Все галактики разбегаются и лишь М-31 – приближается к нам.

* Минимально необходимая масса для формирования Г. – объем, превышающий 10 млн. солнечных масс.


Плотность вещества в метагалактическом пространстве*


Элемент, вещество

Плотность (г/см3)


Водород

2,7 х 10-24


Межзвездный газ

3 х 10-24


Межзвездная пыль

2 х 10-25


Кислород

2,3 х 10-26


Натрий

4 х 10-27


Калий

7 х 10-28


Кальций

7 х 10-28


Бензол

2 х 10-29


Циан

1,5 х 10-29


Титан

8 х 10-30


*Кроме атомов, в межзвездном пространстве открыты сотни молекул, среди которых – муравьиная кислота, метиловый и винный спирты, цианодиацетилен, пары воды. Кстати, близкий «родственник» цианодиацетилена – цианоацетилен – один из важнейших компонентов жизни на Земле.

Ученые предполагают: в вакууме могут существовать сложные молекулы, среди которых белки (гидроокисел натрия уже посчастливилось обнаружить!), и даже микроорганизмы на клеточном уровне.


Галактики формировались скачкообразно

Около 13 миллионов лет назад произошёл резкий скачок в эволюции галактик, обусловленный быстрым ростом их количества. Исследователи смогли зафиксировать сотни галактик, возникших примерно через 900 миллионов лет после Большого Взрыва, однако при изучении объектов, появившихся на 200 лет раньше, удалось обнаружить… всего одну галактику.

Предположительно космический «бэби-бум» возник из-за гравитации.


Классификация галактик по форме*


Название

Символ

Сжатие

Подклассы

Особенности


Эллиптические

Е

0-7

Нет

Отсутствуют


Обычные спиральные

S

8-9

а

Ветви развиты слабо


Нет

8-9

у

Ветви развиты достаточно


Нет

8-9

с

Ветви развиты сильно, имеется ядро


Спиральные

с перемычкой

Sb

8-9

Нет

Отсутствуют


Спиральные красные

Еще нет

?

Нет

Ветви развиты достаточно, они имеют красноватый оттенок


Неправильные

Ir

Слабое

II

Относительно высокая яркость, сложная структура


III

Низкая яркость, простая структура


Линзообразные

SO, BO

Среднее

Нет

Отсутствуют


Зеленые горошины

Еще нет

?

Нет

Небольшая масса и размеры; в спектре присутствует линия дважды ионизированного водорода;

наблюдается очень интенсивное звездообразование


*Это – основные виды. На самом деле, их спектр – намного обширнее. Встречаются Г. с ветвями, закрученными в обратную сторону; игловидные; кольцевые с аморфной структурой; со сложными ядрами или вовсе без них. В других наличествуют переплетения, петли, перекрещения, «восьмерки» и т. п.


Полярные галактики

П.г. состоят как бы из двух отдельных звездных «островов»: спирального и линзообразного. Причем внешнее кольцо вращается над полюсами внутреннего скопления.

Такая «инфраструктура» - свидетельство взаимодействия в прошлом двух звездных систем, превратившихся в сиамских близнецов. Пример такой галактики - NGC 660, находящаяся на поблизости от созвездия Рыб в 40 млн. св. лет от Земли. К тому же, она – пока единственная среди известных П.г., у которой в центре расположено линзовидное скопление.


Неизвестная форма галактик

Еще недавно астрофизики делили галактики на: 1) молодые спиральные с голубым свечением; 2) зрелые эллиптические, окрашенные в красный цвет; 3) неправильные; 4) линзовидные.

Однако теперь доказано существование переходной формы – красные спиральные.

Вообще-то жизнь галактик начинается в виде спиралей с множеством молодых голубых звёзд. Взрослея же, они охлаждаются, приобретая красное свечение. В свою очередь, галактические рукава всё больше «размываются», приобретая округлую форму. И, наконец, вся система начинает походить на эллипс.


Перемычки спиральных галактик

Согласно существующей гипотезе, перемычки в спиральных галактиках возникают в результате гравитационных возмущений, исходящих из их центров. Но почему в одних они есть, а у других – нет?

Ученые обратили внимание на следующую закономерность: среди молодых звездных систем перемычки имели только 20 процентов, в то время как среди более старых это показатель равнялся 70. Это и позволило сделать вывод: перемычки являются признаком галактической зрелости (аналогичная есть и у Млечного пути).


Излучение галактик


Галактика

Оптический диапазон (Дж/с)      

Радиодиапазон (Дж/с)

Энергия (Дж)


Обычная

1037

1031

1053


Радиогалактика

1037

1036

1054


Квазар      

1039

1037

1053


Солнце (сравнение)

4 х 1026      

слабое      

7 х 1041


10 самых ярких галактик


Галактика      

Тип

Расстояние (Кпс)

Угловые размеры (минут дуги)


Б. Магелланово Облако

I II

46

780


М. Магелланово Облако

I II

46

180


NGC 224

Sb

460

197 х 92


NGC 598

Sc

480

83 х 53


NGC 3031

Sb

1540

16 х 10


NGC 5236

Sc

1800

10 х 8


NGC 457

Sb

1800

22 х 22


NGC 55

Sc

1900

24 х 6


NGC 253

Sc

4200

30 х 5


NGC 4594

Sb

5000

7 х 1,5


Сравнительные массы галактик


Галактика

Тип

Масса (млрд. С.)


В Скульпторе

I II

0,002


NGC 221

E 2

1,8


NGC 4111

SO

12,0


NGC 55

I I

40,0


NGC 5005

Sb

90,0


NGC 3031

Sb

150,0


NGC 3646

Sb

250,0


NGC 253

Sb

300,0


NGC 224

Sb

340,0


NGC 4486

EO

1000,0


Сверхскопления галактик

С.г. открыл французский астроном Вокулер (1953).

На сегодня таких насчитывается свыше 50. Все они, как правило, имеют плоскую или сигаровидную форму.

Диаметр самого крупного С. г. – 100 мегапарсеков.

Среднее количество галактик, входящих в Сверхскопление, – 100000.

Ближайшие к нам С. г. находятся в созвездиях Льва и Геркулеса – на расстоянии соответственно 87 и 100 мегапарсеков.


Самый крупный галактический кластер

Астрономы Европейского космического агентства обнаружили самое крупное скопление галактик (такие объекты называются галактическими кластерами), «весящее» больше тысячи Млечных Путей, и названное ими 2XMM J083026+524133. Расстояние до рекордсмена – 7,7 млрд. световых лет.

По словам ученых, образование столь крупных структур на столь раннем этапе эволюции Вселенной может служить еще одним подтверждением существования так называемой темной материи.


Местные сверхскопления галактик

Ядро одного из них – в Деве.

Диаметр М. с. г. – приблизительно 30 Мпс.

Млечный Путь находится на периферии М. с. г.

Расстояние к его центру – 11-13 Мпс.

Расстояние к внешней границе – 2-4 Мпс.


Скопления галактик

С.г. – связанные силами гравитации устойчивые системы относительно близко расположенных галактик, одни из самых крупных структур во Вселенной (скопление в созвездии Волосы Вероники включает в себя 40000 галактик).

Максимальная концентрация галактик наблюдается в центральных областях скоплений.

Последние включают в себя четыре основных компонента: звезды, раскаленный газ и пыль, заполняющие пространство, и «темную материю».

Многие из них имеют сферическую или эллипсоидную форму и насчитывают от нескольких десятков до многих тысяч членов, а также содержат горячий межгалактический газ.

Количество галактик в скоплении – от десятков до нескольких тысяч.

Всего С.г. – свыше 10000.

Максимальный диаметр С.г. – 108 световых лет.

Средний диаметр С.г. – 5 Мпк.

Среднее число галактик в С.г. – 130.

Ближайшее к Земле Скопление – в созвездии Девы, расстояние к которому составляет 15 Мпс.


Виды скоплений галактик

С. г. распределяют на правильные и неправильные.

Правильные – сферические. Они имеют ядро, в котором наблюдается огромная концентрация материи. Например, плотность в центральной части С. г. в Пегасе достигает 2000 галактик на 1 кубический мегапарсек (в 40000 раз больше, чем средняя по Метагалактике).

В свою очередь, правильные галактики подразделяются на эллиптические и линзовидные.

Неправильные С. г. менее плотны. Они не имеют четкой формы, а концентрация галактик здесь, хотя и наблюдается, но крайне невыразительно.

Зато они намного больше по размерам, чем правильные. Львиная часть среди них – спиральные.


Сравнительная характеристика трех правильных скоплений


Характеристика

Скопление

(в Волосах Вероники)

Скопление

(в Раке)

Скопление

(в Пегасе)


Расстояние (Мпс)

85

55

45


Диаметр (Мпс)

17

6

1,5


Количество галактик (до 19,0 зв. вел.)

11000

300

370


Средняя плотность (галакт./ Мпс3)

4

3

250


Количество скоплений галактик, наблюдаемых в зависимости от расстояния*


Характеристика

Расстояние

(до 15 Мпс)

Расстояние

(15-30 Мпс)

Расстояние

(30-45 Мпс)

Расстояние

(45-60 Мпс)

Расстояние

(от 60 Мпс)


Плотные

1

14

36

132

136


Умеренно плотные

40

95

141

207

68


Рассеянные

47

96

132

96

3


*Самое крупное С. г. – в созвездии Волос Вероники. Оно занимает на небе площадь в 120 и имеет диаметр не менее 17 Мпс. Здесь приблизительно один миллион галактик.


Скопления галактик - рекордсмены*


Скопление

Отличительная черта

Масса (солнечных)

Расстояние от Земли (св. лет)


SPT-CL J0546-5345

Самое большое из известных

800 триллионов

7 млрд.


JKCS041

Самое удаленное из известных

-

10,2 млрд.


* По состоянию на 2011 г.


Местная группа галактик

М.г.г. включает в себя Млечный Путь и ближайших «соседей».

Диаметр – 0,6 Мпс.

Плотность – 160 галакт./Мпс3 (в три тысячи раз больше, чем в среднем по Метагалактике).

Входят: две сверхгигантские галактики – Андромеда и Млечный Путь; одна средняя – М33 и 37 – карликовых.


Краткий список членов Местной группы галактик*


Название или условная пометка

Тип

Расстояние (Кпс)


Млечный Путь

Sb, или Sc

-


Карликовая в созвездии Большого Пса

III, карликовая

15


Большое Магелланово Облако

II

48


Малое Магелланово Облако

II

58


Туманность Андромеды

Sb

670


Туманность Треугольника

Sc

480


Система в Малой Медведице

III, карликовая

67


Система в Скульпторе

III, карликовая

84


Система в Драконе

III, карликовая

67


Система Лев 1

III, карликовая

220


Система Лев 2

III, карликовая

220


Система в Печи

III, карликовая

290


NGC 6822

II

440


NGC 147

E 3

600


NGC 185

E 1

400


NGC 205

E 5

600


NGC 221

E 2

690


IC 1613

II

690


* Ближайшая группа галактик находится на расстоянии 2,5-4 мегапарсека.

В М. г. г. нет ни одной гигантской эллиптической галактики, что для таких образований очень характерно. Отсутствуют и спиральные с перемычками, а также со слаборазвитыми ветвями. Наиболее часто встречаются карликовые галактики неправильной формы.

Что касается массы, то каждый из сверхгигантов – Млечный Путь и Туманность Андромеды преобладает суммарную массу всех остальных вместе взятых.

 

Ближайшие группы галактик


Группа

Количество членов

Расстояние (Кпс)


Южного галактического пояса

6

1750


Большой Медведицы

9

2200


Гончих Псов

34

3000


Центавра

7

4000


Квазизвездные галактики

К.г. (квазаги) открыты в 1965 г. От остальных подобных систем отличаются чрезмерным излучением в ультрафиолетовой части спектра, но… без обычно сильного в подобных случаях радиоизлучения.

Плюс к этому они, небольшие – в масштабах Вселенной – по размерам, имеют светимость, намного превышающую светимость гигантских галактик.

Общее количество К.г. оценивается в 100000.


IV.2. Не все шагают в ногу

Визитная карточка

Древние китайцы в поисках Бога не блудили в трех соснах: им они считали… Вселенную. Если с этим утверждением согласиться, то возникает вопрос: а как в этом случае быть с вечным антагонистом Всевышнего и повелителем бесов – Сатаной? Впрочем, Космос просто кишит «объектами», в рамки привычного не укладывающимися…


Прямоугольный мир

Такого быть не может! Это противоречит всем физическим законам!! Но ОНО есть!!!

Речь – о тусклой карликовой галактике, получившей название LEDA 074886, и находящейся на расстоянии 70 млн. св. лет от Земли в созвездии Эридан (2012). Ее вес - всего лишь 10 миллиардов солнечных масс, а это по вселенским меркам очень мало. Да еще в самом центре скрывается быстро вращающийся тонкий диск с боковой ориентацией, внешний край которого перемещается в пространстве со скоростью около 30000 м/с.

Однако не этими двумя загадками сей звездный остров бросил вызов законам природы. А тем, что он оказался …прямоугольной формы.

Так что, можно с уверенностью утверждать, что квадратные миры существуют? Ученые просят не торопиться. На их взгляд, постулат «Этого не может быть» окончательно еще не опровергнут. Ибо LEDA 074886, скорее всего, возникла в результате слияния двух галактик, светила которых оказались разбросанными на огромные расстояния. Плюс к этому возмутительница спокойствия повернута к нам, наблюдателям, «неудобно». Вот и кажется (просто «кажется»!), что она имеет форму ограненного изумруда.


«Тёмная» галактика


Астрономы из университета Калифорнии в Беркли обнаружили первую «тёмную» галактику. Не исключено, открытие позволит хотя бы частично решить проблему тёмной материи.


Астрономический объект HVC 127-41-330 находится в двух миллионах световых лет от Земли и представляет собой облако из водорода и пыли.


Галактика без звезд

Удивительнейший небесный объект, названный VIRGOHI21, обнаружили в 2000 г. американские астрономы Р. Минчин и Д. Дэвис. Расстояние от Солнца к нему – 50 млн. световых лет. Обращается таинственная структура в межгалактическом пространстве. Ученые сначала вообще восприняли ее за сверхгигантскую водородную тучу.

Понадобилось пять лет, чтобы в 2005 г. придти к сенсационному выводу: это – ни что другое, как первая т. н. галактика... без звезд. Парадокс, но именно эта структура, которая никогда не греет, надеются астрономы, «прольет свет» на загадку темной материи во Вселенной. Количество которой составляет 70 процентов (то есть, нашим наблюдениям доступны лишь 30% окружающего мира).


Галактика – сверхфабрика звезд

Международная команда астрономов обнаружила удаленную от Солнечной системы на 12,3 млрд. световых лет галактику, «производящую» рекордное – от одной до четырех тысяч в год (для Млечного Пути показатель равен десяти) – количество звезд. Скорость, с которой они рождаются, позволят галактике уже через 50 миллионов лет «дорасти» до размера наикрупнейших.

Обнаружение этой «сверхфабрики звезд» ставит под сомнение теорию о происхождении массивных галактик. До сих пор считалось, что крупные эллиптические галактики, появившиеся вскоре после рождения Вселенной, росли постепенно. Однако последний пример показывает, что возможен и другой механизм – пока неизвестный земной науке.


Галактика-артиллерист

Ученые, изучавшие галактику SMM J1237+6203, пришли к сенсационному выводу: процессу активного звездообразования здесь помешали …взрывы. Канонада звучала, как минимум, миллион лет. Причем интервал между взрывами составлял не более секунды.

Именно этот катаклизм разметал материал, из которого могли бы сформироваться дополнительное количество звезд, на такие расстояния, что гравитационное притяжение галактики уже не могло вернуть «строительные кирпичики» обратно.

Ученые предполагают, что подобная «схема» присуща и другим звездным скоплениям.


Галактика-каннибал

Зная скорость передвижения Г. в пространстве, ученые с огромной дозой уверенности предсказывают высокую вероятность их столкновения. Так что «каннибализм» во Вселенной – явление распространенное.

Поглощая соседа, «каннибал» излучает огромное количество энергии в рентгеновском диапазоне. Радиоастрономы уже давно регистрируют подобные явления, как «горячие точки» на небе.

Кстати, существует версия, которая Чумацкий Путь в свое время «захватил» третье Магелланово Облако.


Галактика-курильщик

Единственный на сегодня объект подобного рода открыт в созвездии Геркулеса. Радиогалактика А имеет кольца, которые разительно напоминают кольца дыма, выпускаемые изо рта ловким курильщиком. Причем каждое такое кольцо размером куда больше Млечного Пути.

Природа экзотического явления пока что не определена.


Зеленоглазое чудовище

Открытая астрономами в созвездии Водолея (расстояние - 3,7 млрд. световых лет) галактика J2240, похожая на фасолину, больше ничем особым, на первый взгляд, не выделялась. Разве что небывалым для, в основном, черного Космоса цветом. Не только центр, но и «крылья» ее отсвечивали насыщенным зеленым.

Разгадать загадку в этот раз ученым удалось. Более того, «фасолиной» они открыли каталог редкого класса галактик. В нем, кстати, уже 16 аналогичных объектов.

Что их объединяет?

Во-первых, наличием в ядре свермассивной черной дыры. И не просто дыры (таких факто – тысячи и, пожалуй, миллионы), а затухающей дыры. Именно ионизация кислорода, имеющегося в межзвездном газе, рентгеновским излучением и окрасила J2240 в редкостный для Вселенной цвет.


Кольцо - «подарок» черной дыры?

Это, даже по вселенским меркам, «чудо в перьях» - находящаяся в созвездии Рыбы на расстоянии более 20 млн. световых лет от нас и диаметром около 40 тыс. световых лет, галактика NGC 660. Редкой ее делает не столько наличие перемычки, сколько - внешнее кольцо из газа и звезд, вращающееся над ее полюсами. Причем оно – больше диска самой галактики!

Кстати, открытая еще в XVIII веке NGC 660, изначально такой не была. Форму она изменила после загадочного выброса из сверхмассивной черной дыры, находящейся в ее центре. И это отличает галактику от других «окольцованных» сестер (их в Космосе – немало). Так вот, обычно «гало» образуется в результате плотного гравитационного взаимодействия двух галактик, когда одна из них «ворует» у другой часть вещества.

Ситуация с NGC 660 – кардинально иная. И это сулит нам новые открытия.


Что там, в Сомбреро?

Галактика NGC 4594, из-за своей формы больше известная как Сомбреро, находящаяся на расстоянии 28 миллионов световых лет от Земли в созвездии Девы, крепко озадачила самых маститых специалистов тем, что, оказывается, она – полка единственная, страдающая научно доказанным «раздвоением личности».

До недавних пор считалось, что она спиральная. Но оказалось – эллиптическая, внутри которой …«прячется» младшая спиральная сестра.

Ученые затрудняются объяснить сей феномен.


Самая богатая на Сверхновые галактика

Галактика M66 находится в созвездии Льва на расстоянии 35 млн. световых лет от Солнечной системы.

Диаметр – около 100 тыс. световых лет.

M66 – рекордсмен по количеству сверхновых – начиная с 1989 года, здесь зарегистрировано уже три вспышки, последняя из которых произошла в 2009 году.

А еще ее отличают асимметричные рукава и смещенный центр.

Предположительно последнее может быть вызвано гравитационным притяжением соседних галактик M65 и NGC 3628.


IV.3. Невероятно, но факт

10 тысяч галактик на одном снимке

В 2004 г. космический телескоп «Hubble» сфотографировал 10 тысяч самых далеких галактик. Кстати, на создание снимка понадобились четыре месяца и 400 витков вокруг Земли. Расположены галактики чуть ниже созвездия Ориона на расстоянии около 13 миллиардов световых лет от Солнечной системы.

 

Галактические «подушки»

Ученые заметили: небольшие звездные скопления – соседи Млечного пути – отчего-то «выстроены» вдоль пары воображаемых плоскостей. Та же картина наблюдается и в случае с Туманностью Андромеды и ее космическими спутниками. В случае с последней, то все они лежат в плоском слое, толщина которого (52 тысячи световых лет) заметно меньше галактического диаметра.

С чем связана подобная странность?

Астрофизики Базельского университета предполагают, что галактики-спутники Млечного пути и туманности Андромеды покоятся на «подушках» из темной материи.

Существует, однако, и альтернативное мнение на сей счет: небольшие галактики могут быть остатками большего плоского объекта, который «разорвался» под действием сил притяжения.

 

Инфракрасные галактики – недостающее звено эволюции Вселенной?

Космический телескоп "Спитцер" засек на краю видимой вселенной группу из четырех галактик, светящих на грани инфракрасного диапазона. Ничего подобного ранее не встречалось.

По традиционной версии, инфракрасное излучение обычно связано либо с температурой поверхности, либо с основательно разогретой пылью. Но это не подходит для истолкования данного феномена. Ведь открытые объекты – не просто «красные», а «ультракрасные»!

Ученые склоняются к версии, что удалось обнаружить "утраченное звено" эволюции ранней Вселенной – галактики, состоящие исключительно из очень старых звезд, «покрасневших» от возраста.


Огнедышащий дракон диаметром в 5 миллиардов Солнечных систем

Международная группа ученых в скоплении галактик Abell 3266 обнаружила фантастического «огнедышащего дракона»:

Масса (солнечных) – свыше 1 млрд.;

Диаметр – 3 млн. световых лет (в 5 млрд. раз больше диаметра Солнечной системы);

Температура – несколько десятков млн. градусов по Цельсию;

Скорость движения – 750 км/с;

Расстояние – 3 млн. световых лет.

Поскольку состоящий в основном из водорода «дракон» содержит гораздо больше, чем объекты в окружающем его кластере тяжелых элементов, специалисты пришли к выводу, что он здесь – чужак.


На вопрос, почему монстр не разлетается, ученые многозначительно отвечают: все дело – в… загадочной темной материи.


Кто держит «поводок» для карликов Андромеды?

Как ни странно на первый взгляд, но самые многочисленные звездные скопления во Вселенной – карликовые галактики. Их трудно исследовать: во-первых, из-за относительно небольшого размера, во-вторых, из-за наличия значительного количества тёмного вещества. Тем не менее, уже сегодня можно говорить о наличии сателлитного «хоровода» из 14 участниц у Млечного Пути и из 18 – у ближайшей к нам Туманности Андромеды.

И вот соседка преподнесла очередную загадку. Оказалось, что некий подкластер карликовых галактик, диаметр которого превышает миллион, а толщина составляет не менее 30 тысяч световых лет, перемещается в общей (!) плоскости. Словно их кто-то невидимый ведет на гравитационном поводке. Причем точно в направлении нашей с вами Галактики.

Здравый смысл и расчеты утверждают: случайно такая синхронность возникнуть не может. Однако где находится второй конец «поводка», астрофизики не знают. И, похоже, даже удобоваримых версий не имеют.