Устройство звездного дома, в котором мы живем

 

В конечном счете выяснилось следующее. Большинство звезд‑гигантов и звезд умеренной яркости концентрируется к плоскости нашей Галактики и в то же время к ее центру. Резкой границы у Галактики нет, все ее края постепенно сходят на нет. Поэтому, а также из‑за неизбежных различий в выводах разных исследователей, размеры Галактики, приводимые разными авторами в книгах, изданных в разное время, бывают несколько различными. Можно принять, что диаметр Галактики составляет около 100 000 световых лет, а толщина ее раз в 10‑15 меньше.

Однако распределение разных видов населения в Галактике различно. Самые яркие и массивные звезды ‑ сверхгиганты ‑ «жмутся» к плоскости Галактики сильнее остальных. То же надо сказать о слое космической пыли и межзвездного газа, уплотнения в которых наблюдаются как туманности. В окрестностях горячих звезд газ ионизован, и мы видим его как светлые туманности, а в остальном пространстве водород нейтрален и невидим, составляя основную массу газа. Плотность этой материи внутри слоя растет с приближением к плоскости Галактики. Однако отдельные облака газа, имеющие большую скорость, встречаются на расстояниях от галактической плоскости, превышающих 300 световых лет.

В середине Галактики находится ее ядро, которое по аналогии с ядрами других звездных систем (см. дальше) должно иметь вид немного сплюснутого эллипсоида вращения. Мы находимся от него несколько далее 25 000 световых лет. В ядре Галактики нет горячих сверхгигантов и возбуждаемых ими к свечению диффузных газовых туманностей. Нет там и пыли, но есть в нем нейтральный водород, который, по неясной еще причине, растекается оттуда в плоскости Галактики со скоростью около 50 км/сек. Ядро, вероятно, окружено быстро вращающимся кольцом нейтрального водорода. Основное излучение ядра создается, по‑видимому, оранжевыми звездами‑гигантами (не сверхгигантами) спектрального класса К и множеством звезд карликов класса М. По отдельности они все не видны, и этот вывод основан на анализе суммарного цвета и спектра ядра. В общих грубых чертах форма Галактики сходна с чечевицей или с тонкой линзой, в середине которой находится более толстое и яркое ядро. Это ядро должно было бы казаться очень ярким, если бы его не скрадывало, не затмевало поглощение света в массах космической пыли.

В 1948 г. советские ученые В. Б. Никонов, В. И. Красовский и А. А. Калиняк на Крымской обсерватории добились большого успеха. Применяя электронно‑оптические преобразователи, они сфотографировали невидимое скопление звезд, являющееся ядром нашей Галактики. Своего успеха они добились потому, что космическая пыль слабо задерживает инфракрасные лучи, испускаемые, так же как и видимые лучи, звездами галактического ядра. Прибор советских ученых был способен реагировать на эти невидимые глазом лучи, почти беспрепятственно пронизавшие облака космической пыли и дошедшие до нас. Невидимое изображение центра Галактики можно было превратить в изображение, лучи которого запечатлеваются фотопластинкой; так впервые в мире центр Галактики был заснят сквозь скрывавший его занавес.

Для изучения структуры Галактики мы находимся в очень невыгодном положении. Мы живем в ней и видим ее изнутри. Это очень затрудняет установление того, что мы могли бы выявить, бросив на нее лишь мимолетный взор откуда‑нибудь издали.

Догадаться о внешнем виде нашего дома, не выходя из него, можно, изучая другие дома, видимые нами из окна. Наш дом ‑ Галактика, другие дома ‑ другие галактики.

Опять‑таки по аналогии с другими сплющенными звездными системами ‑ галактиками давно уже предполагали, что наша Галактика в своей плоскости должна иметь спиральные ветви, выходящие из ядра и закручивающиеся вокруг него. Обнаружить эти длинные спиральные ветви, погруженные в основной звездный диск, в ее, как говорят, плоскую составляющую, было невозможно пока не смогли научиться определять расстояние до очень далеких объектов и находить их на небе. В других системах спиральные ветви, иногда очень широкие, выделяющиеся своей яркостью на фоне диска, обрисовываются лучше всего расположением горячих гигантов, рассеянных звездных скоплений и газовых диффузных туманностей. В своей же Галактике мы до сих пор, отчасти из‑за мешающего влияния межзвездной пыли, не можем изучать эти объекты во всем объеме. Спиральные ветви часто не являются сплошными и геометрически правильными, нередко имеют ответвления. Поэтому относительно расположения спиралей нашей Галактики между учеными нет пока полного согласия. Радиометодами также обнаруживают спиральные ветви в расположении нейтрального водорода. Но эти ветви, прослеженные в большем объеме, пока еще не так легко согласовать с наметками ветвей, полученными из визуальных наблюдений. Может быть, их неполное совпадение реально.

Планетарные туманности и новые звезды являются промежуточными системами. Их концентрация к галактической плоскости умеренна, но она велика в направлении к центру Галактики. Эта система не плоская, она ближе к сферической. Почти сферическую звездную систему представляют собой немногочисленные шаровые скопления, сильно концентрирующиеся к центру Галактики. Они‑то и распространяются до крайних границ Галактики, очерчивая ее максимальные размеры.

Наконец, сферическую систему образуют звезды умеренных светимостей ‑ субкарлики и короткопе‑риодические цефеиды, которых множество находится и в почти сферическом ядре Галактики. Таким образом, в слабо светящуюся сферическую корону, образованную этими звездами, погружено и ядро Галактики, и ее плоская составляющая, в которой выделяются своей яркостью спиральные ветви. Спиральные ветви, бросающиеся в глаза в других галактиках, ‑ это эффектный, но легковесный (малый по массе) придаток внутри почти шарообразной системы, состоящей из слабых звезд, масса которых, однако, уступает массе сверхгигантов не так уж сильно, как уступает их светимость. Природа спиральных ветвей ‑ этого украшения некоторых звездных систем ‑ нам еще не ясна.

Масса нашей Галактики, оцененная несколькими способами, составляет 2•1011 масс Солнца. Около 1/100 этой массы составляет межзвездный водород, преимущественно нейтральный. Масса 2•1011 соответствует оценке числа звезд в Галактике, так что на долю несветящихся звезд, если такие вообще есть, приходится очень малая доля массы.

Оорту (Голландия) в 1927 г. удалось обнаружить обращение звезд и в том числе Солнце (вместе с его планетами) вокруг центра Галактики. Как можно обнаружить вращение нашей звездной системы, впервые указал еще в середине прошлого века казанский астроном М. А. Ковальский, но его открытие было забыто. Галактика вращается не как колесо, но и не так, как планеты обращаются вокруг Солнца. Закон ее вращения сложен и является сочетанием законов, представляющих указанные два типа вращения. Солнечная система обращается вокруг центра Галактики, лежащего от нас на расстоянии 25 000 световых лет со скоростью около 220 км/сек. Форма орбиты как следует еще не известна, но если она близка к окружности, что вероятно, то один оборот по ней Солнце завершает примерно за 270 млн. лет. Этот период, если хотите, можно принять за «космический год» для измерения очень больших промежутков времени. Вер история человечества в сравнении с таким периодом ‑ только краткий миг! Если бы мы могли видеть, как Солнце несется и заворачивает по своей орбите, как мы видим поезд, заворачивающий на закруглении пути, то мы не могли бы уследить за оборотами планет около Солнца. Они казались бы вертящимися быстрее, чем лопасти электрического вентилятора.

Звезды обращаются вокруг центра Галактики с разными скоростями и, например, короткопериодические цефеиды отстают от Солнца на 100 км за каждую секунду! Движение нашей Солнечной системы со скоростью 20 км в секунду в направлении к созвездию Лиры ‑ это ее движение внутри нашего звездного облака или Местной системы. Оно мало и не мешает нам вместе со всей Местной системой обращаться вокруг галактического центра.

Расположение невидимого нейтрального газа можно установить во всем объеме Галактики. При этом очень важно следующее. В галактической плоскости оптические исследования ограничиваются поглощением света в космической пыли. Это поглощение для радиоизлучения практически отсутствует, в радиолучах Галактика прозрачна. С другой стороны, допле‑ровские смещения водородных линий с λ=21 см от облаков, лежащих на разных расстояниях от нас и движущихся с разной скоростью, позволяют эти линии изучать раздельно. В результате нейтральный водород, не в пример туманностям и звездам, можно изучать до самых удаленных областей Галактики.

Исследования распределения газа в Галактике показали, что в длинных уплотненных волокнах шириной около 200 парсек средняя концентрация водорода ‑ 1 атом в 1 см3, а между ними она раз в 10 меньше.

В центральной области Галактики масса газа составляет ничтожную долю от массы звезд, но на периферии его масса равна примерно 15%, так как там звездная плотность падает. В целом масса газа составляет около 1‑2 % от массы Галактики, остальное приходится на звезды. Более 90 % межзвездного водорода находится в нейтральном состоянии. Ионизован он лишь там, где много горячих гигантов, что бывает в основном в средних частях спиральных галактик. В нашей Галактике доля ионизованного водорода достигает 40 % на расстояниях между 3000 и 3500 парсек от центра.

Следовало ожидать, что в связи с этим светлые газовые диффузные туманности расположены там, где проходят волокна уплотненного нейтрального водорода. Ожидалось также, по аналогии с другими спиральными галактиками, что и светлые туманности, и нейтральный водород, и горячие звезды, в частности, скопления их, должны обрисовывать спиральные ветви нашей Галактики.

Такие сопоставления малоубедительны ввиду значительного произвола в объединении объектов в спиральные ветви. Основное расхождение состоит, объективно говоря, в том, что найденные волокна нейтрального водорода образуют скорее окружности, чем спирали. Мы полагаем, что расстояния до оптических объектов этого типа установлены еще ненадежно, как и расстояния до облаков нейтрального водорода, выведенные по экстраполяции закона вращения Галактики.

 

Рис. 176. Нейтральный водород в Галактике

Спиральные галактики бывают и с широко открытыми двумя‑четырьмя спиральными ветвями и со многими ветвями или с почти концентрическими дугами. Возможно, что наша Галактика принадлежит к последнему виду: ее спиральные рукава или сильно ветвятся или состоят из бесчисленных коротких дуг. Тогда понятно, что обрывки этих образований трудно уложить в правильные схематические кривые, каких у реальных галактик почти не бывает.

Голландские астрономы установили существование в центре Галактики диска толщиной около 130 и радиусом около 400 парсек. Он вращается со скоростью около 200 км/сек на периферии. На расстоянии 300 парсек от центра они же нашли кольцо, или часть спирали, удаляющуюся от центра со скоростью около 50 км/сек. Кроме того, найдено, что слой межзвездного газа имеет перекос относительно плоскости Галактики, будучи приподнят в направлении к Магеллановым Облакам и опущен в противоположном направлении. Вероятно, это объясняется эффектом влияния этих небольших неправильных галактик (наших спутников) на газовый слой нашей Галактики. Подобные явления перекоса мы обнаружили еще раньше в некоторых парах других галактик.

Радионаблюдения позволили установить и температуру межзвездного газа по интенсивности линии 21 см в слоях, где он достаточно непрозрачен и излучает как черное тело. Была найдена температура излучения в 125°К вместо 10‑15° К, как считали раньше. Предполагают, что столкновения облаков ведут к их нагреву до 3000°, после чего происходит охлаждение до 25° К, так что температура разных облаков весьма различна.

В итоге всех исследований можно сказать, что в нашей Галактике космической пыли раз в 10 меньше, чем диффузного газа.

 

Галактики ‑ острова Вселенной

 

Вскоре после изобретения телескопа внимание наблюдателей привлекли многочисленные светлые пятна туманного вида, так и названные туманностями, видимые неизменно в одних и те же местах в разных созвездиях. Их заносили в каталоги, но главным образом с чувством досады на то, что они мешают открывать кометы, имеющие вид таких же туманностей, но отличающиеся своим перемещением на фоне звездного неба, подобно планетам.

Первый такой каталог составил в XVIII веке француз Мессье. По этому каталогу, включающему около сотни объектов, туманности и звездные скопления обозначаются номерами после буквы М. Например, шаровое скопление в Геркулесе М 13, большая туманность в Андромеде М 31, в Треугольнике М 33. О другом подобном каталоге (NGC) мы говорили ранее (стр. 567). С помощью светосильных телескопов Вильям Гершель и его сын Джон, а затем Росс (тоже в Англии) открыли множество таких туманных пятен, а к концу прошлого века у некоторых из них Россом была обнаружена спиральная форма. В таких спиральных туманностях из туманного ядра, более яркого к центру, выходят ветви или рукава, закручивающиеся вокруг ядра по спирали подобно часовой пружине. Что представляют они собой, ‑ долго гадали, пока в 1924 г. Хабблу не удалось получить с помощью крупнейшего в то время телескопа исключительно резкие фотографии спиральных туманностей. Края этих туманностей оказались состоящими из множества чрезвычайно слабых звезд ‑ туманность, как говорят, была разрешена на звезды. Стало ясно, что ближе к центру сплошное туманное сияние получается лишь вследствие слияния для нас в одну сплошную массу мириад звезд, расположенных очень тесно. Эти фотографии сразу показали, что перед нами не облака пыли, светящие отраженным светом, и не облака разреженного газа, а чрезвычайно далекие звездные системы, в которых звезд несравненно больше, чем в шаровых звездных скоплениях.

 

Рис. 177. Спиральная галактика М 81

Те маленькие спиральные туманности, которые еще не разрешены на звезды, несомненно, такие же звездные системы, только слишком далекие от нас, чтобы их структуру могли различить современные телескопы.

В 1944 г. Бааде удалось разрешить на звезды и центральную часть спиральной туманности в Андромеде М 31 и две небольшие туманности эллиптической формы ‑ ее соседки. До этого многие допускали, что эллиптические туманности и центральные части спиральных туманностей состоят не из звезд, а из газа или космической пыли.

Спектры подтверждают звездную природу ядер эллиптических и спиральных туманностей. Это спектры, очень похожие на спектр Солнца, показывающие, что большинство звезд в них ‑ желтые и красные. Спиральные ветви состоят из более горячих белых звезд. По смещению темных линий в спектрах спиральных туманностей можно было определить скорости их движения. Как целое, они движутся со скоростями в сотни километров в секунду.

 

Рис. 178. Галактика в созвездии Андромеды с новыми звездами и цефеидами

Окончательно природа спиральных туманностей вскрылась, когда в них на упомянутых фотографиях были найдены и цефеиды, и долгопериодические переменные, и яркие голубоватые звезды. Позднее открыли в спиральной туманности Андромеды шаровые звездные скопления, вполне подобные скоплениям нашей Галактики, но вследствие их дальности едва отличимые по своему виду от ярких звезд. Были открыты в спиральных туманностях и огромные клочья разреженного газа, дающие спектр из ярких линий и опять‑таки подобные тем, какие кое‑где встречаются в межзвездном пространстве внутри Галактики. Выяснилось, что в шаровых звездных скоплениях, а также в эллиптических звездных системах составляющие их звезды образуют другую диаграмму спектр ‑ светимость, чем та, о которой мы говорили раньше и которая относится к звездам, составляющим спиральные ветви и неправильные, клочковатые звездные системы типа Магеллановых Облаков. Они видны невооруженным глазом и похожи на обрывки Млечного Пути.

Точнее всего расстояния, а следовательно, и размеры, определяются по видимому блеску цефеид, когда последние наблюдаются в данной галактике. Это возможно сделать только для ближайших галактик. До более далеких галактик расстояние определяют по видимому блеску находящихся в них наиболее ярких звезд‑сверхгигантов. В эллиптических галактиках, похожих по виду на шаровые скопления нашей Галактики, но только гигантских размеров, звезд‑сверхгигантов нет.

Из эллиптических галактик интересна самая яркая и большая галактика М 87, главная в скоплении галактик в Деве. Эта гигантская галактика имеет свиту из нескольких сотен шаровых звездных скоплений, которые на фотографии, ввиду их дальности, с трудом отличимы от звезд. С другой стороны, эллиптические галактики ‑ спутники большой спирали в Андромеде (М 31) ‑ гораздо меньше, чем М 87. Недавно открыты карликовые эллиптические галактики, лишь в несколько раз более крупные и яркие, чем типичное шаровое скопление.

 

Рис. 179. Эллиптическая галактика, 'разрешенная' на звезды

Большинство галактик так далеки, что в них отдельных звезд не видно. Поэтому названные выше способы определения расстояний к ним неприменимы. В то же время светимости и линейные размеры галактик так разнообразны, что ни их видимый угловой диаметр, ни их видимый блеск не могут служить мерой расстояния. Расстояния до них оценивают по удивительному свойству совокупности всех галактик, открытому Хабблом.

По изучению галактик с уже известными расстояниями и скоростями движения по лучу зрения выяснилось, что линии их спектра смещены к красному его концу на величину, пропорциональную их расстоянию. Это удивительнейшее явление называется красным смещением. Его величину можно выразить по принципу Доплера скоростью движения по лучу зрения. Эта скорость удаления от нас накладывается, так сказать, на собственную лучевую скорость галактик, которая для всех их не превышает нескольких сотен километров в секунду. Для близких галактик такая собственная скорость и красное смещение по величине одного порядка, но для далеких из них красное смещение гораздо больше ‑ тысячи и десятки тысяч километров в секунду. Поэтому расстояние до далеких галактик по их красному смещению определяется как раз с наименьшей относительной ошибкой. Например, если есть тесная группа галактик, то в ней относительно друг друга отдельные члены движутся со скоростью 200‑400 км/сек, а в среднем группа, как целое, может иметь красное смещение 1000 или 10 000 км/сек. По современной оценке «постоянная Хаббла» ‑ возрастание красного смещения на каждые 3 000 000 световых лет (на 1 000 000 парсек) составляет около 100 км/сек. Для приведенного примера в первом случае расстояние до галактик было бы около 10 млн. парсек, с возможной ошибкой не более 20‑30%. Во втором случае расстояние было бы 100 млн. парсек с ошибкой не более 2‑3%.

Спиральная туманность Андромеды кажется больше и ярче всех потому, что она крупная и ближе всего к нашей Галактике. Расстояние до нее составляет полтора миллиона световых лет ‑ вот оно, это ближайшее расстояние! Свет ее, доходящий сейчас до нас, покинул туманность Андромеды в ту пору, когда на Земле не было еще человечества. Размер ее составляет более 100 000 световых лет по диаметру, но в направлении, перпендикулярном к плоскости ее наибольшего распространения, она во много раз тоньше, ‑ она сильно сплющена. Сопоставляя вид туманностей, таких, как в Треугольнике (почти круглых внешних очертаний), в Андромеде (продолговатой) и в Деве (веретенообразной), мы должны заключить, что различие их вида определяется их поворотом (ракурсом) по отношению к нам. Очевидно, такие звездные системы (которые мы теперь имеем полное право называть галактиками, поскольку они такие же громадные звездные системы, как и наша Галактика) имеют сплющенную чечевицеобразную или линзообразную форму и зачастую спиральную структуру. Галактика в туманности Треугольника лежит перед нами «плашмя», галактика в созвездии Андромеды своей плоскостью симметрии наклонена к нам, а галактика в созвездии Девы повернута к нам ребром. Кстати сказать, вдоль веретена, каким она представляется, видна темная полоска. Такие темные полоски видны у многих галактик веретенообразного вида (см. рис. 113). Несомненно, что это, как показал Кэртис (США), ‑ скопление темных туманностей, состоящих из пыли и концентрирующихся к плоскости их экватора. В других галактиках, менее к нам наклоненных, также можно заметить темные области на фоне сияющей массы ядра, в рукавах и между рукавами спиральных завитков. Поглощающее вещество есть во всех галактиках, а не только в тех, которые повернуты к нам ребром. Этим дополняется сходство далеких галактик с нашей Галактикой.

 

Рис. 180. Красное смещение в спектрах галактик, растущее с расстоянием до них. Рядом показано примерное относительное уменьшение видимого размера крупных галактик с увеличением красного смещения

Устанавливая на щель спектрографа разные части изображения галактик, даваемые объективом телескопа, можно было измерить их лучевую скорость. Оказалось, что галактики вращаются вокруг своей короткой оси, перпендикулярной к плоскости их экватора. Спиральная галактика в Андромеде во внутренних своих частях вращается как твердое тело, например, как колесо телеги. Это означает, что внутренние ее части, дающие мало света и содержащие, казалось бы, поэтому мало звезд, тем не менее имеют большую массу. В галактике в созвездии Треугольника М 33 внутренние части, до расстояния в 3000 световых лет от центра, также вращаются как твердое тело. Наружу, наоборот, скорость вращения уменьшается очень быстро. Отсюда следует, что как и в галактике, находящейся в Андромеде, большая часть массы сосредоточена в центральной области звездной системы. Масса эта составляет почти сотню миллиардов масс Солнца, как это устанавливается вычислением на основании наблюденного закона и скорости вращения.

В. А. Амбарцумян рассчитал, какова была бы яркость той области нашей Галактики, в которой находится Солнечная система, если бы мы могли посмотреть на Галактику издали, так, как мы видим другие звездные системы. Сравнивая эту вычисленную яркость с яркостью различных мест в галактике Андромеды, он пришел к неожиданному выводу.

В галактике Андромеды плотность звезд в пространстве, соответствующая плотности звезд в нашей Галактике в окрестностях Солнца, имеется на расстоянии 5000 световых лет от ее центра, ‑ там, где на фотографиях находятся едва‑едва видимые края этой галактики.

Следовательно, по аналогии предполагает Амбарцумян, мы с вами живем на самой далекой окраине своей звездной системы, где население очень редкое. Вероятно, мы находимся за пределами спиральных ветвей, где звездная плотность уменьшена.

Звезды в пространстве группируются, как мы видим, в гигантские системы, часто спиральной формы. Они, как острова, раскинуты в безбрежном океане Вселенной. Острова Вселенной или островные вселенные ‑ вот как часто именуются галактики. В некоторых местах, как, например, в созвездии Девы, галактики группируются в облака галактик ‑ острова Вселенной образуют архипелаг. Облака галактик или группы островов Вселенной напоминают рассеянные звездные скопления, но неизмеримо большего масштаба.

Некоторое время астрономов смущало большое различие между размерами нашей Галактики и других галактик. История науки приучила астрономов к скромности, которой как раз не отличались их предки, считавшие свою Землю центром мира и свое положение во Вселенной особенным.

В тридцатых годах, как мы видели, было окончательно обнаружено поглощение света в Галактике. Учет его влияния на видимый блеск звезд привел к значительному сокращению размеров Галактики. С другой стороны, расстояния, а следовательно, и размеры других галактик оказались несколько большими, чем находили вначале, так как тщательное измерение фотографий выявило слабо светящиеся внешние части галактик, оставшиеся ранее незамеченными. В результате размеры нашей Галактики и других оказались менее отличными друг от друга. Галактика в Андромеде не уступает нашей.

Несомненно, что когда удастся исследовать подробнее более далекие от нас галактики, среди них окажутся такие, которые больше, чем наша. Но в конце концов, убедившись, что Земля ‑ не центр мира, что она не наибольшая из планет, что наше Солнце не самое большое, не самое яркое, не можем ли мы после всех этих ударов по нашему ложному самолюбию, наконец, «позволить себе роскошь» считать, что мы живем в одной из наибольших галактик, хотя и у ее края? Мы с вами ‑ жильцы крайнего флигеля, но одного из самых крупных домов страны, называемой Метагалактикой.

 

Подробнее о галактиках

 

Изучение мира галактик является сейчас наиболее бурно развивающейся областью астрономии, так как именно оно приносит наиболее поразительные открытия и подводит нас к раскрытию самых общих свойств Вселенной, наиболее потрясающих воображение. Поэтому мы посвящаем им следующие разделы.

Хаббл в двадцатых годах составил первую, простую классификацию галактик, недостаточность которой стала осознаваться только в последнее время после знакомства с гораздо большим числом представителей этого вида населения Вселенной.

Хаббл выделил эллиптические галактики, обозначаемые Е, по виду сходные с шаровыми скоплениями нашей Галактики, но более грандиозные. Они бесструктурны, не содержат горячих звезд, сверхгигантов, пыли и газовых туманностей. Плотность звезд в них медленно и плавно падает с удалением от центра, в котором никакого ядра нет. Таких галактик множество. Их пример М 87.

Затем он выделил «неправильные» галактики, обозначаемые Ir, клочковатого строения и неправильной формы. Они меньше, чем эллиптические, и немногочисленны. Яркость их поверхности и светимость невелики, они сильно сплющены, но изобилуют горячими сверхгигантами, газовыми туманностями и пылью. Их пример ‑ Магеллановы Облака: Большое и Малое.

Спиральные галактики Хаббл разбил на два семейства: обычные S и «пересеченные» SB. У первых из них ветви выходят непосредственно из ядра, у вторых ядро пересечено широкой, яркой полосой, называемой перемычкой или баром. Спиральные ветви отходят от концов бара. Кроме того, иногда через концы бара проходит светлое кольцо. В том и другом виде спиральных галактик Хаббл установил три типа, обозначаемые добавлением букв a, b и с. У галактик типа Sa и SBa ядро яркое и большое, а ветви слабые, бесструктурные, аморфные. В галактиках типа Sb и SBb ветви ярче и несколько клочковаты, а ядро сравнительно менее ярко и меньше. М 31 ‑ галактика Sb. Галактики типов Sc и SBc имеют ядро маленькое и неяркое, а ветви мощные, яркие, сильно клочковатые. Галактика М 33 в Треугольнике типа Sc. Увеличение клочковатости ветвей идет за счет увеличения в них числа горячих гигантов и их групп, ярких газовых туманностей, рассеянных скоплений, а в типе Sc также и сверхассоциаций. Из‑за присутствия в них горячих гигантов ветви голубее, чем ядро, и голубеют от типа Sa к типу Sc. Светимость и размеры самых гигантских галактик среди эллиптических и спиральных одинаковы. Абсолютная звездная величина их ‑ 21m, Это значит, что они в миллиарды раз ярче нашего Солнца.

 

Рис. 181. Пересеченная галактика NGC 1300

Важное значение имеет величина отношения М:L ‑ массы к светимости. У эллиптических галактик М:L составляет десятки, меньше у спиралей, а у неправильных галактик падает примерно до 2‑5. Это происходит в результате все большей роли сверхгигантов в общем свечении системы, так как светимость звезд растет гораздо быстрее, чем их масса.

Спиральные и неправильные галактики испускают умеренное радиоизлучение подобно нашей Галактике и оно обусловлено теми же причинами.

За последние два десятилетия, особенно за последние годы, выяснилось, что природа галактик гораздо разнообразнее, чем представлялось Хабблу, хотя позднее он и ввел типы So и SBo, «промежуточные» между Е и спиралями. Они характеризуются наличием плоского диска (плоской составляющей) вокруг большого и яркого ядра, но в этом диске нет пыли и газов и нет спиральных ветвей.

Прежде всего оказалось, что в наших окрестностях есть несколько очень слабых карликовых галактик. Некоторые из них неправильные, другие ‑ сферические, но столь разреженные, что на фотографии выглядят как еле‑еле уловимое пятнышко, хотя размер его не так уж мал. А недавно была открыта двойная галактика ‑ пара пигмеев немногим ярче, чем ярчайшие шаровые скопления. От них эти пигмеи отличаются своим независимым положением в пространстве и наличием массы светящихся газов, которых в шаровых скоплениях не бывает. Так, по крайней мере, эллиптические и сферические галактики сильно различаются по светимости, по массе и по степени концентрации звезд ‑ от сверхгигантских до сходных с шаровыми скоплениями и от крайне разреженных, прозрачных до крайне компактных, сильно концентрированных. К таким компактным галактикам, открытым Цвикки в 1964 г., принадлежат и упомянутые пигмеи. На фотографиях, полученных с наибольшими телескопами, компактные галактики еле‑еле отличимы от звезд. Иногда их можно отличить только по большому красному смещению в спектре; и среди них многие имеют большую светимость.

В то же время Цвикки обнаружил, что галактики, которые при передержке центральных частей на фотографиях одинаково выглядят эллиптическими, различаются тем, что у одних в центре есть крохотное звездообразное ядро, а у других его нет. Автор этой книги тоже нашел много галактик, совершенно не укладывающихся в классификацию Хаббла или в ее видоизменения. Среди них интересны галактики, имеющие ветви с противоположным направлением закручивания, и многочисленные кольцевые галактики как с аморфной, так и с клочковатой структурой. Есть галактики с пылевой плоской составляющей, но без яркой компоненты то ли в виде диска, то ли в виде спиральных ветвей. Есть галактики со сложными ядрами, окруженные колоссальным ореолом. Еще раньше были найдены галактики неправильные по форме, но не клочковатые, а аморфные, т. е. лишенные горячих звезд и их скоплений; их обозначают Ir II.

У многих галактик автор этой книги нашел внутренние и внешние ветви совершенно разной структуры (аморфные и клочковатые), переплеты и пересечения ветвей, ветви, образующие восьмерки, превращающиеся в кольца или делающие петли. Эти формы не могут быть объяснены механическими процессами и напоминают возмущенные силовые линии магнитного поля намагниченного шара.

В общем мир галактик оказался поразительно разнообразным. Другие примеры этого многообразия мы увидим еще и в последующих очерках.

Недавно автором этой книги и его сотрудниками в Московском университете был издан каталог, содержащий 30 000 галактик и дающий их положение на небе, яркость, размеры, цвет, скорость движения, подробное описание и ссылки на все данные, известные о каждой из них. Этот каталог обозначается MCG (Морфологический каталог галактик). Он содержит все галактики ярче 15m до склонения ‑ 45°.

Скажем теперь подробнее о некоторых ближайших к нам островах Вселенной.

Магеллановы Облака в созвездии Золотой Рыбы, спутники нашей Галактики, крайне интересны тем, что это ближайшие к нам Галактики, структуру и движение которых, а также самые яркие объекты в них можно изучать наиболее подробно. Так, например, в них (находящихся от нас на расстоянии около 44 000 парсек) доступны для измерения блеска и цвета звезды ярче +1‑й абсолютной звездной величины. Те же, которые ярче ‑ 6‑й величины, могут быть изучены спектральными методами довольно подробно. Большая ось Большого Магелланова Облака (БМО) имеет длину 12 килопарсек, а Малого Магелланова Облака (ММО) ‑ 4 килопарсека. Они окружены общей оболочкой из нейтрального очень разреженного водорода размером 3Х15 килопарсек. Оба облака погружены в нее, и это указывает на то, что они не только близки друг к другу, как мы их видим, но связаны более тесными узами. Этот вывод подтверждается обнаружением сравнительно плотной газовой перемычки между облаками. Скорости их относительно центра нашей Галактики составляют +40 (БМО) и ‑15 (ММО) км/сек. Определенная по вращению масса БМО составляет 1010 масс Солнца, т. е. в 15 раз меньше, чем масса нашей Галактики. Считаемые по форме неправильными галактиками, они, особенно БМО, носят явные черты структуры пересеченных спиралей. Изучается распределение внутри БМО более 200 000 звезд, имеющих абсолютную величину больше 0m.

 

Рис. 182. Большое Магелланово Облако

В БМО наблюдаются долгопериодические и корот‑копериодические цефеиды и другие типы переменных звезд, голубые гиганты различных типов, газовые и пылевые облака. Там же находится, между прочим, самая яркая из известных нам звезд ‑ S Золотой Рыбы. Эта слегка переменная звезда примерно в миллион раз ярче нашего Солнца.

В Магеллановых Облаках видны и изучаются много десятков рассеянных и шаровых скоплений, среди них такие скопления, которые не только по размеру, но и по структуре и по составу звезд не имеют известных нам аналогов в нашей Галактике. Цефеиды в Магеллановых Облаках по светимости оказались несколько отлинными от цефеид того же порядка, известных в нашей Галактике. Словом, после важнейших открытий первого времени, говоривших о сходстве населения спиральных ветвей нашей Галактики и БМО, более детальное исследование показало второстепенные отличия. Однако эти отличия, по‑видимому, характерные для галактик вообще, говорят о многообразии природы (что важно принципиально) и затрудняют точное определение расстояний до галактик по видимой яркости объектов, казалось бы, совершенно сходных между собой.

Доля нейтрального водорода относительно общей массы в Магеллановых Облаках является наибольшей среди известных галактик. Она составляет от 20 до 30 % их полной массы. Химический состав светящихся газовых туманностей в Облаках и в нашей Галактике оказался одинаковым.

Неправильные галактики имеют умеренные и малые светимости, большинство их ‑ карлики, в среднем с абсолютной величиной ‑ 14м и с диаметрами 1,5‑3 тысячи парсек.

Магеллановы Облака принадлежат к наиболее ярким и крупным неправильным галактикам.

М 31 ‑ ближайшая к нам спиральная гигантская галактика, как полагают, крайне сходная с нашей Галактикой. Но она в 10 раз дальше от нас, чем Магеллановы Облака, и потому однотипные объекты в ней представляются нам в 100 раз более слабыми. Изучению структуры этой галактики мешает большой наклон ее плоскости к лучу зрения. Специальными поисками в ней обнаружено множество долго‑периодических цефеид и других ярких переменных звезд, зарегистрировано около 170 новых звезд,‑ больше, чем в нашей Галактике (!), в которой мы видим лишь ближайшие к нам. В ней обнаружено несколько сотен диффузных газовых туманностей, которые с замечательной правильностью, как бусинки на нитке, обрисовывают расположение ярких спиральных ветвей.