Гайд по астрономии. Путешествие к границам безграничного космоса

Теория спиральных волн плотности в сдвигающихся галактических дисках легко объясняет наблюдаемую субструктуру спиральных рукавов, на всем протяжении которых часто можно увидеть и упорядоченные в пространстве ряды темных пылевых облаков, готовых рождать новые звезды, и недавно возникшие темно-красные области H II, и несколько более старых голубых звездных ассоциаций (рис. 8.3). Теория волн плотности объясняет и наличие звездообразующих колец в некоторых спиральных галактиках. Эти кольца, как правило, возникают на радиусах, близких к резонансам между газовыми облаками и волной плотности, идущими по своим орбитам. Как и в случае с кольцами Сатурна, орбитальные резонансы расчищают кольцевые промежутки и создают неподалеку концентрацию вещества.

Что остается неясным, так это эволюция спиральных галактик на протяжении космологического времени. Продолжают ли звездообразующие спиральные рукава медленно вращаться вокруг галактики в соответствии с волнами плотности, установившимися в их дисках? Или же волны эволюционируют и таким образом преображают внешний вид этих галактик? Поглощают ли сами волны плотности кинетическую энергию из диска, вызывая тем самым радиальные притоки вещества в течение миллиардов лет? А как насчет спиральных галактик с баром? Являются ли бары относительно постоянными скоплениями звезд на реагирующем диске — или они появляются и исчезают? Такие вопросы продолжают приводить в замешательство астрономов и астрофизиков, изучающих галактики.

Гигантские эллиптические галактики

Самые большие галактики в видимой Вселенной — это гигантские и сверхгигантские эллиптические галактики. Обладая размерами в несколько сотен тысяч световых лет и светимостью до триллиона солнц, они господствуют в галактических скоплениях — там их, как правило, и находят. На первый взгляд они кажутся довольно простыми по форме и сути. Просто взгляните на гигантские эллиптические галактики М84 и М87 в центре скопления Девы, и вы увидите округлые, ровные и желтоватые звездные системы, в которых очень мало пылевых полос или других характерных черт. Сила звездного света резко падает с увеличением радиуса, принцип этого явления вполне понятен, и его можно смоделировать в виде само- гравитирующего «газа» из звезд, которые при характерной «температуре» в изобилии собираются вокруг очень плотного центра. В каждом случае этот центр занимает сверхмассивная черная дыра. У гигантских и сверхгигантских эллиптических галактик масса этой черной дыры может варьироваться от миллионов до миллиардов масс Солнца. Так начинается наше знакомство с более странными аспектами этих на первый взгляд безобидных исполинов.

Стоит посмотреть на них чуть ближе, и мы получим еще одну подсказку к разгадке их странности. На снимках, сделанных космическим телескопом «Хаббл» и другими телескопами мирового класса, видны мощные струи газа, вырывающиеся из центров некоторых гигантских эллиптических галактик. Хороший пример — галактика-сверхгигант М87 в созвездии Девы. В оптическом диапазоне за ее потоком можно следить на расстоянии 1500 световых лет, а в радиоволновом — на невероятном протяжении, составляющем 250 000 световых лет. Разрывы в потоке указывают на вспышки активности, за которыми следуют относительно спокойные периоды. Всю эту эруптивную активность можно проследить до галактического ядра, где, как полагают, находится черная дыра, масса которой составляет 5 млрд масс Солнца.

Последний важный ключ к пониманию природы гигантских эллиптических галактик мы получили благодаря снимкам с очень длинной выдержкой, на которых можно различить едва заметные окраины этих галактик. С 1980-х годов, сначала на фотографиях с эффектом глубины, а затем — на цифровых изображениях, где этот эффект проявился еще ярче, астрономы обнаружили концентрические оболочки рассеянного звездного света. Более того, можно было увидеть, что узор оболочки на одной стороне галактики перемежался с узором оболочки на противоположной стороне. Астрофизики успешно смоделировали эти едва заметные узоры как следы траекторий галактик, захваченных и поглощенных гигантской эллиптической галактикой. Когда галактики- жертвы по спирали шли навстречу исполинскому «хищнику», они оставляли за собой остатки, похожие на оболочки, — везде, где достигали окраины своих эксцентрических эллиптических орбит. Чередование звездных оболочек согласуется с закручиванием этих несчастных галактик по спирали внутрь.

Галактики со вспышкой звездообразования