Гайд по астрономии. Путешествие к границам безграничного космоса

Инфракрасное наблюдение в масштабе 1/10 светового года позволило астрономам отслеживать отдельные звезды, идущие по орбитам вокруг неразрешенного галактического ядра. Нечто, расположенное в пределах этих орбит, заставляет звезды вращаться вокруг общего центра масс с периодами всего в несколько земных лет. Используя простое ньютоновское тяготение, астрономы подсчитали, что таинственный посредник, обладающий притяжением, имеет массу, эквивалентную примерно 4 млн масс Солнца, — и вся она сосредоточена в пределах периметра, не превышающего протяженность орбиты Плутона. Большинство астрономов уверены, что мы наблюдаем динамическое воздействие сверхмассивной черной дыры, скрытой в центре нашей Галактики. В числе других наблюдаемых эффектов можно упомянуть о странно изменчивом излучении, исходящем из области ядра в рентгеновском и гамма-диапазоне. Хотя ядро у нашей Галактики явно тусклое, если сравнить его активность с той, какую проявляют ядра некоторых других гигантских галактик, все же имеются все признаки того, что некогда оно было очень активным. И в недалеком будущем это может преподнести нам немало сюрпризов.

Рис. 7.8. Радиотелескопический снимок области ядра нашей Галактики. Миниспираль теплого ионизированного газа — Стрелец А — имеет размеры около 15 световых лет. Само ядро — Стрелец А* — является нетепловым источником синхротронного излучения, порожденного движением электронов с релятивистскими скоростями в присутствии сильных магнитных полей. В этой области почти не удалось выделить отдельные звезды, но она не может оказаться больше внутренней части Солнечной системы. (Материалы любезно предоставлены: F. Yusef-Zadeh, D. A. Roberts and W. M. Goss. Источник: Национальная радиоастрономическая обсерватория [Associated Universities Inc.], Национальный научный фонд.)

8. «Бродячий цирк» галактик и их космическая экспансия

История астрономии — это история удаляющихся горизонтов.

Эдвин Пауэлл Хаббл. Царство туманностей

Подобно гигантским кораблям, сияющим огнями в ночи, галактики придают необъятной и угрожающей тьме облик и суть. Почему природа выбрала эти самогравитирующиеся «сосуды» на роль пристанищ для большей части светящейся материи? Мы этого не знаем. Мы вполне способны представить мириады звезд и звездных скоплений, разбросанных по космосу, бессмысленных и аморфных, — или гораздо более крупные мегагалактики, простирающиеся на миллионы световых лет и содержащие сотни триллионов солнечных масс. Но астрономы обнаружили иное: оказалось, что большинство наблюдаемых галактик имеют размеры от нескольких тысяч до нескольких сотен тысяч световых лет, а их массы варьируются от нескольких миллионов до нескольких триллионов масс Солнца. Эти сравнительно ограниченные диапазоны размеров и масс перекликаются с размерами отдельных звезд, составляющими от одной десятой до тысячи радиусов Солнца, в то время как их массы варьируются в диапазоне от одной десятой массы Солнца до ста солнечных масс. Что же определяет границы галактики? Вероятно, проблемы, ограничивающие максимальные размеры и массы звезд и галактик, связаны со стабильностью. Если говорить о звездах, то дестабилизирующим фактором становится световая отдача этих гигантских источников термоядерной энергии. Если масса звезды превышает сотню масс Солнца или близка к этой величине, поток фотонов начинает преодолевать притяжение звезды и гонит газы прочь с ее оболочки. Что же касается галактик, то, по всей вероятности, их максимальные размеры ограничены гравитационной и приливной неустойчивостью. С другой стороны, минимальный предел размера и массы звезды установлен ее способностью синтезировать гелий из водорода в своих недрах. Массой менее 0,1 M⊙ обладают лишь коричневые карлики, сжигающие дейтерий, и планеты с еще меньшей массой, не способные поддерживать реакции ядерного синтеза. Зато никакие проблемы, связанные с получением энергии, не ограничивают минимальный размер и минимальную массу галактик. Вероятно, эти пределы установились иначе, в условиях, возникших вскоре после Большого взрыва, когда и образовалась большая часть галактик. Мы рассмотрим эти изначальные времена в девятой и десятой главах. Но сначала давайте поближе познакомимся с галактиками текущей эпохи, за которыми мы можем обстоятельно наблюдать.

Местная группа галактик