79. На что похожа наша галактика Млечный Путь?

Млечный Путь — туманная полоса белого света в ночном небе, древним казалась похожей на молоко, разлитое в темноте, — отсюда такое лирическое название.

В 1610 Галилей обратил свой телескоп в небо и обнаружил, что Млечный Путь на самом деле создан из бессчетного количества звезд, сгрудившихся вместе.

Открытие (1922), что «спиральные туманности» это острова звезд в океане космоса, дало основания думать, что Млечный Путь — один из таких островов, или «галактика».

Но оказалось очень трудно рассмотреть подробную структуру Млечного Пути с точки зрения Солнца, расположенного глубоко внутри.

Видимый свет от далеких звезд Млечного Пути поглощают завесы пыли, висящей в межзвездном пространстве.

Чтобы увидеть структуру Млечного Пути, необходим такой свет, который проникает сквозь пыль. (И все равно, трудно увидеть структуру изнутри.)

Радиоволны проникают через пыль. С их помощью обнаружили, что Млечный Путь действительно является спиральной галактикой. Эта гигантская карусель из приблизительно 200 млрд звезд неторопливо поворачивается в пространстве.

Звезды Млечного Пути сосредоточены в плоском диске. Если смотреть на эту галактику с края, то она выглядит как два глазка яичницы-глазуньи, сложенные «спина к спине».

Как все спиральные галактики, Млечный Путь имеет центральную сферическую выпуклость из звезд, из которой драгоценными камнями змеятся наружу их «спиральные рукава».

Плоский диск Млечного Пути имеет около 100 000 световых лет в диаметре. Но его толщина — всего 2000 с небольшим световых лет от верха до низа.

Солнце расположено на отростке «Рукава Персея», который находится в 27 000 световых лет от центра Млечного Пути где-то на полпути к краям.

Солнце приближается к центру галактики примерно раз в 220 миллионов лет. В последний раз, когда оно было на нынешнем месте, Землей правили динозавры.

 

80. Где рождаются звезды в Млечном Пути?

Ключ к разгадке, где рождаются звезды, был найден Вальтером Бааде, который использовал 2,5-м телескоп в Маунт-Вильсоновской обсерватории во время Второй мировой войны при затмении над Лос-Анджелесом.

Бааде, немецкий эмигрант, помещенный американскими военными властями под домашний арест как «враждебный иностранец», обнаружил, что Млечный Путь содержит два различных «населения» звезд.

Население I, в спиральных рукавах, состоит преимущественно из горячих голубых звезд. Население II, в выпуклости Млечного Пути, образовано в основном из холодных красных гигантов.

Важно, что красные звезды старые, в то время как синие — молодые. Бааде, следовательно, обнаружил, что спиральные рукава — это звездные ясли.

Почему звезды рождаются в спиральных рукавах, стало ясно только тогда, когда астрономы поняли, что такое спиральные рукава.

Спиральные рукава не являются постоянной частью Млечного Пути. Если бы это было так, то при вращении галактики рукава неизбежно «наматывались бы» и исчезли.

Получается, что газовый диск Млечного Пути вибрирует, как поверхность пруда. Рябь распространяется наружу от центра в виде «спиральных волн плотности».

Когда волна плотности движется наружу, она сжимает межзвездные газ на своем пути, образуя глобулы, которые уплотняются, что приводит к формированию звезды.

Из-за того что спиральная волна плотности вызывает бурное формирование звезд, спиральные рукава являются домом, где находятся звездные ясли.

Млечный Путь спиралевидно изогнут и образует галактическую мексиканскую волну! Он выглядит неизменным только потому, что наша жизнь коротка по сравнению с временем распространения волны.

Примечательно, что кольца Сатурна являются спиралями, похожими на спиральные рукава, только более тугими. И обусловлены они тем же явлением: спиральными волнами плотности.

 

81. Что такое рассеянные и шаровые звездные скопления?

Звезды рождаются не в одиночестве, а в группах по 10 или 1000. Их ужасное тепло поедает газ на краю «звездной колыбели» — гигантского молекулярного облака.

Новорожденные звезды постепенно рассеиваются в пространстве, поскольку звездные ясли — это неспокойные места, страдающие от ожесточенных звездных ветров и звездных взрывов.

Через несколько сотен млн лет родившиеся звезды так удаляются друг от друга, что можно говорить о формировании несвязанных, или «открытых скоплений», в которых звезды настолько разделены, что трудно поверить в их происхождение от одних родителей.

В самом деле, некоторые из Солнечных сиблингов, возможно, до сих пор еще находятся в окрестности Солнца. Трудно сказать, ведь все-таки оно родилось 4,55 млрд лет назад.

Молодые рассеянные скопления, однако, легко увидеть. Новорожденная горячая звезда в скоплении Плеяд (Телец) по-прежнему окутана плацентарной туманностью.

Но в Млечном Пути есть не только скопления из звезд, родившихся вместе и диспергировавших впоследствии. Существуют также нерассеившиеся «шаровые скопления».

Шаровое скопление содержит много звезд — от 100 000 до нескольких млн — сжатых в тугой комок, несколько десятков световых лет в поперечнике.

Шаровые скопления жужжат, подобно пчелам вокруг диска Млечного Пути — спирального диска, встроенного в гигантский сферический рой из 150–200 таких скоплений.

В других галактиках, таких как гигантская эллиптическая галактика М87, не то, что несколько сотен шаровых скоплений — их более 10 000.

Звезды в шаровом скоплении упакованы так тесно, что они могут даже столкнуться. Это невозможно для далеко отстоящих друг от друга звезд, подобных Солнцу.

На планете, относящейся к шаровому скоплению, на ночном небе видны не 1000 звезд, как на Земле, а 100 000. Какой это должен быть вид!?

Шаровое скопление отличается от открытого скопления не только тем, что в первом звезды скорее связаны, чем не связаны, но и большим содержанием древних, чем новорожденных, звезд.

Ключом к разгадке происхождения шаровых скоплений является возраст звезд. Они родились 10 млрд лет назад, когда сферическое газовое облако еще было сжатым до размера Млечного Пути.

Но тем не менее вопрос, как и почему шаровые звездные скопления образовались в первые дни Млечного Пути, остается загадкой.

 

82. Сколько галактик-спутников вокруг нашего Млечного Пути?

Так же как планеты имеют спутники (луны), галактики имеют галактики-спутники. У Млечного Пути их около 25 в гравитационном рабстве.

Два крупнейших спутника — Большое и Малое Магеллановы Облака (LMC и SMC) — легко видны невооруженным глазом в Южном полушарии.

LMC — отдаленное облако, выглядящее как пятно на фоне ночного неба, в 10 раз превышает видимый размер Луны. SMC тоже похоже на пятно и в 5 раз больше Луны.

Магеллановы Облака названы в честь Фернана Магеллана, первого европейца, описавшего их во время кругосветного путешествия между 1519 и 1521.

LMC: около 10 % массы Млечного Пути и расстояние примерно 170 000 световых лет. SMC: около 200 000 световых лет от нас, и приблизительно 5 % массы Млечного Пути.

В 1987 в LMC возникла первая видимая невооруженным глазом сверхновая после «сверхновой Кеплера» в 1604. В течение примерно месяца SN1987A испускала свет в 100 млн Солнц.

LMC и SMC — самые крупные и яркие из галактик-спутников, которые порхают около Млечного Пути, как мотыльки вокруг свечи.

Большинство галактик очень тусклые: они содержат небольшое число звезд. Самая крупная имеет около 1000 световых лет в поперечнике, что составляет менее 1 % от диаметра Млечного Пути; наименьшая — около 150 световых лет.

Другие галактики также имеют галактики-спутники. Например, известно, что у гигантского соседа Млечного Пути, Андромеды, по крайней мере, пятнадцать.

Галактики-спутники Млечного Пути представляют собой серьезную головоломку, потому что их должно быть примерно в 100 раз больше, чем астрономы наблюдают.

Теория происхождения галактик говорит о сгустках темной материи (гало), в которых размещена нормальная материя. Основные характеристики: гало темной материи может иметь любые размеры.

Большое гало, как некий «зародыш» Млечного Пути, может содержать до 1000 мини-гало — источников малых галактик-спутников.

Итак, где же все эти галактики-спутники Млечного Пути? Сторонники темной материи говорят, что они существуют, но мы не видим их, они слишком слабые.

Возможно, «проблема недостающих галактик-спутников» говорит нам: что-то не так с теорией темной материи.

 

83. Что является главным компонентом Млечного Пути?

Млечный Путь, как все спиральные галактики, является островом из звезд и туманностей, правильно? Нет. Как у айсберга, большая часть галактики скрыта от нас.

Недостаток материи стал очевидным, когда люди изучили звезды во внешних областях Млечного Пути и обнаружили, как быстро они вращаются вокруг центра.

Далекие от центра галактики звезды движутся слишком быстро. Как дети на ускоряющейся карусели, они должны быть сброшены в межгалактическое пространство.

Астрономы объяснили аномалию, постулируя, что галактика содержит невидимую «темную» материю, дополнительная гравитация которой, захватывая, удерживает звезды.

Заключение: плоская спираль Млечного Пути встроена в обширное сферическое гало темной материи, масса которой, возможно, в 10 раз больше массы видимой галактики.

Но что такое темная материя? Ваше предположение так же хорошо, как любое другое. Действующая излюбленная версия — существование не открытых до настоящего времени субатомных частиц.

Если Млечный Путь — в основном темная материя, значит, она неизбежно сейчас окружает нас. Многие экспериментаторы ее ищут. Тому, кто ее найдет, будет присуждена Нобелевская премия.

Также существуют доказательства, что Вселенная содержит темную материю за пределами Млечного Пути. Она перевешивает видимую материю, из которой мы сделаны, в 6 или 7 раз.

Но темная материя — не самое смелое предложение, объясняющее, почему наиболее удаленные звезды в Млечном Пути вращаются слишком быстро. Есть другая идея: MOND.

MOND (модифицированная ньютоновская динамика), которую предложил Мордехай Милгром в 1983, может объяснить ускоренное движение звезд во всех спиральных галактиках.

Идея: звезды держит не дополнительная гравитация темной материи, а более сильная гравитация у границ галактик, чем предсказанная Ньютоном.

MOND признана довольно значительным меньшинством астрономов. Но никто не уверен в «глубине» физики, лежащей в ее основе. Скептицизм большинства физиков хорошо известен.

Версия темной материи будет подтверждена, если частица-кандидат будет обнаружена в Большом адронном коллайдере, «ускорителе атомов» близ Женевы.

 

84. Что скрыто в сердце Млечного Пути?

В сердце Млечного Пути звезды упакованы в сотни раз ближе друг к другу, чем в окрестности Солнца.

На планете, вращающейся вокруг звезды, находящейся в галактическом центре, в ночном небе были бы видны сотни тысяч звезд.

Центр галактики — место чрезвычайной активности. Большие цунами межзвездного газа сталкиваются друг с другом, управляемые вспышками сверхновых.

В темном сердце Млечного Пути на расстоянии 27 000 световых лет от Солнца под завесой межзвездной пыли спрятана звезда Стрелец A* (Sagittarius А*).

Стрелец А* является черной дырой с массой в 4,3 млн масс Солнца. Эта «черная вдова», как чудовище, пожирает газ и оторванные друг от друга звезды.

«Горизонт событий» Стрельца А* — точка невозврата для поглощаемой материи — составляет приблизительно 15 млн км в поперечнике (1/10 расстояния от Земли до Солнца).

Никто не знает происхождения Стрельца А*. Но «супермассивные» черные дыры — приблизительно в 1000 раз большие, — вероятно, скрываются в сердце большинства галактик.

Черные дыры Вселенной или слишком малы (звездообразные) или, если они супермассивны, настолько далеки от нас, что увеличение современных телескопов не позволяет сделать их видимыми.

Стрелец А*, который имеет средние размеры и расположен относительно близко, является единственной черной дырой, изображение которой мы имеем реальный шанс обработать.

Радиоинтерферометрия со сверхдлинной базой (VLBI) использует радиоантенны, чтобы моделировать телескоп размером с Землю, который позволит увеличить Стрельца А*.

Для VLBI лишь простой коэффициент 2–3 отдаляет нас от «видения» горизонта событий Стрельца А*. Необходимо совершить прорыв в ближайшие несколько лет и подтвердить существование черной дыры.

 

85. Кто наши ближайшие галактические соседи?

Млечный Путь это один из крупнейших членов мини-скопления из приблизительно 30 галактик, известных астрономам как Местная Группа Галактик (Local Group).

Единственная другая сопоставимая с ним по размеру галактика в Местной Группе — галактика Андромеды, гигантская спираль, подобная Млечному Пути.

Большие спирали, такие как Млечный Путь/Андромеда, являются исключением в Местной Группе Галактик. Большинство других — карликовые галактики. В самой большой из них в 10 раз меньше звезд.

Андромеда — самый отдаленный объект, видимый невооруженным глазом. Она видна в небе как удлиненное пятно, приблизительно равное 6 размерам Луны.

Мы видим Андромеду, находящуюся в 2,5 млн световых лет, такой же, какой она была, когда предки человеческой расы — люди-обезьяны — карабкались на африканское плато.

В настоящее время Андромеда приближается к Млечному Пути. Через 2,3 млрд лет она пролетит мимо, и ее гравитация повлияет на звезды в нашей галактике.

Но, как маятник, пролетевший свою низшую точку, Андромеда качнется обратно. Через 5 млрд лет она врежется в Млечный Путь.

Результатом столкновения будет гигантская эллиптическая галактика, получившая название Милкомеда (Milkomeda). Солнце будет отброшено на расстояние от 27 000 до 52 000 световых лет от центра.

Ближайшее крупное скопление галактик — скопление Девы, находящееся примерно в 50 млн световых лет, содержит около 1300 галактик.

Фактически Местная Группа является удаленным членом скопления Девы. Она вращается на тихой окраине того, что астрономы называют «Местное сверхскопление».