«Наука и Техника» [журнал для перспективной молодежи], 2007 № 10 (17)

В.П. Решетников, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Астрономического института Санкт-Петербургского Государственного Университета

…Эти пятнышки, имеющие часто вид завитушек и называемые потому спиральными туманностями, не что иное, как отдаленные млечные пути, подобные нашему.

К.Э.Циолковский

Галактики — это основные структурные “кирпичики” Вселенной, которые содержат почти все ее вещество, излучающее в видимой области спектра. Именно в галактиках рождаются, живут и умирают звезды; вокруг них в свою очередь формируются планетные системы. В одной из таких планетных систем, расположенной около типичной звезды на периферии обычной галактики, находится и наша Земля.

Внешний вид и свойства галактик очень разнообразны. Их массы варьируются от ~107 Мо до ~1013 Мо (масса Солнца Мо = 2х10³³ г), размеры — от нескольких сотен парсек до сотен килопарсек (1 пк = 3х10¹⁶ м). Галактики по внешнему виду принято делить на три группы: эллиптические Е (сглаженные бесструктурные системы эллипсоидальной формы), спиральные S (с развитыми спиральными ветвями) и иррегулярные Irr (хаотической, неправильной формы). Характерные примеры галактик трех типов приведены на рис. 1.

Рис. 1. Примеры галактик разных морфологических типов: эллиптическая, спиральная и неправильная (слева направо)

Галактики — очень сложные системы. Помимо звезд, они содержат значительное количество газа (как атомарного, так и молекулярного) и пыли; их пространство пронизано космическими лучами и магнитными полями. Исследования последних десятилетий показали, что галактики гораздо массивнее, чем предполагалось ранее. Детальное изучение вращения и устойчивости их различных подсистем привело к выводу, что там содержится вещество в еще ненаблюдаемой форме. Так возникло представление о массивных невидимых (темных) гало, окружающих галактики. Темные гало по своим размерам гораздо более протяженны, чем погруженные в них галактики, и могут содержать основную часть их массы. Природа этой скрытой массы еще не установлена.

Галактики как отдельные, изолированные от других, звездные системы были открыты в двадцатых годах нашего века Э.Хабблом. С тех пор считалось, что это своего рода “островные вселенные”, формирующиеся и эволюционирующие практически в полной изоляции, без всякого контакта друг с другом. Наблюдаемое же многообразие форм и свойств галактик относили за счет разных начальных условий на стадии их формирования.

Часто используемое в популярной литературе сравнение с островами довольно удачно. Океанские острова — гигантские подводные горы, у которых над поверхностью воды возвышается лишь верхняя относительно небольшая часть. Так и у галактик непосредственным наблюдениям доступна лишь часть вещества, возможно, меньшая.

Галактики взаимодействуют!

Видимое распределение галактик очень неоднородно. Они, как и люди, не любят одиночества и предпочитают объединяться в пары, группы и скопления с себе подобными. Еще в конце XVIII в. В. Гершель обнаружил, что многие туманности, которые он совершенно правильно считал подобными Млечному Пути звездными островами, входят в состав двойных и кратных систем. Некоторые туманности оказались даже связанными слабосветящимися перемычками. В первой половине нашего века Э. Хаббл и В. Бааде держали пари на 20 долларов, кто первый докажет, что найденная им галактика — одиночная. Пари никто не выиграл, так как всегда по соседству оказывалась другая, которая могла быть физически связанным спутником.

Взаимодействующие галактики начали систематически наблюдать в 50-е годы Э. Хольмберг, Б.А. Воронцов-Вельяминов, Ф. Цвикки и X. Арп. Однако вплоть до 70-х годов, когда развитие теории и компьютерной техники позволило создать реалистические модели гравитационного взаимодействия галактик, эти объекты не привлекали широкого внимания.

Интересно отметить, что первая успешная попытка моделирования тесного сближения галактик была осуществлена еще в 1941 г. Шведский астроном Э. Хольмберг, воспользовавшись тем, что освещенность от источника уменьшается, как и гравитационная сила, обратно пропорционально квадрату расстояния до наблюдателя, рассмотрел относительное движение двух галактик, каждая из которых была представлена набором подвижных лампочек. Измеряя в разных точках модельной галактики освещенность с помощью фотоэлемента, Хольмберг перемещал лампочки в соответствии с неоднородностями такого “гравитационного” поля. С помощью столь нестандартного подхода он предвосхитил некоторые результаты, полученные гораздо позднее с помощью компьютерного моделирования.