От чёрных облаков к чёрным дырам

Итак, предположим, что среднее расстояние от скопления до нас равно d пк. Тогда можно превратить видимые величины на рис. 24 в абсолютные, вычитая из первых величину 5lg d—5. А чему же равна величина 5lg d? Опять, если взять для примера Солнце, то получим, что оно имеет абсолютную величину, примерно равную 5, и цветовой показатель 0,6 на диаграмме Г—Р. На рис. 24 цветовой показатель 0,6 соответствует средней видимой величине 10. Поэтому разность m — М равна l0 — 5 = 5. Отсюда получаем

5 lg d - 5 = 5,

т. е. lg d=2. Это означает, что скопление находится от нас на расстоянии 100 пк. Иначе, можно представить себе, что рис. 24 сделан на прозрачной бумаге и мы помещаем его на диаграмму Г—Р для звёзд с известными расстояниями до них. Затем мы двигаем верхний лист вверх или вниз, пока обе главные последовательности не совпадут. Тогда по шкалам звёздных величин на обоих диаграммах можно непосредственно считать разность m - M.

Как ни хорош этот метод для определения расстояний до звёзд, он может привести к совершенно неправильным результатам, если забыть про одно важное обстоятельство. Речь идёт о межзвёздном поглощении, и роль этого явления можно качественно пояснить на следующем примере.

Мы уже отмечали, что в силу закона обратных квадратов для освещённости, чем больше удалён источник света от нас, тем он кажется слабее. Когда мы удаляемся от уличного фонаря, мы видим, как он становится все тусклее и тусклее. Но есть и другая причина, по которой даже совсем близкий свет фонаря может казаться тусклым. Если в воздухе густой туман, то свет будет ослабевать, даже если источник не очень далеко, так как будет поглощаться и рассеиваться частичками тумана.

Точно так же рассеяние и поглощение в Галактике приводит к ослаблению света звёзд, доходящего до нас. По этой причине звезда кажется нам более тусклой, чем она была бы в случае, когда по дороге не встречалось бы никакого ослабляющего свет вещества. В результате видимая величина такой звезды будет больше, чем она была бы без межзвёздного поглощения. Если пользоваться нашей формулой в том виде, как она приведена, мы будем все время переоценивать расстояние до звезды.

В начале нашего века явление межзвёздного поглощения не было известно. Если вернуться назад и взглянуть на фотографию Млечного Пути на рис. 17, то мы заметим тёмные области, перемежающиеся со светлыми. Если светлые пятна связаны со светом звёзд, то чему отвечают тёмные пятна? Раньше считали, что наличие этих пятен означает отсутствие звёзд. Сейчас же мы понимаем, что звёзды имеются и в этих тёмных областях, но их свет не может достичь нас из-за мешающей ему пыли. Подобное межзвёздное поглощение света может проявляться в самой разной степени, от лёгкого ослабления света звезды до полного его гашения. Туманность Конская голова, показанная на рис. 25, является классическим примером облака межзвёздной пыли.

Рис. 25. Туманность Конская голова

Таким образом, многие из более ранних оценок звёздных расстояний в нашей Галактике должны быть пересмотрены сторону уменьшения с учётом эффекта межзвёздного поглощения! Это было, также причиной того, почему прежние исследователи, вроде Гершелей, считали, что Галактика в целом имеет своим центром Солнце. Дело в том, что при более ограниченных наблюдательных возможностях эти учёные не могли видеть звёзды, находящиеся дальше некоторого расстояния, примерно одинакового во всех направлениях. Они не могли, например, видеть истинный центр Галактики, так как свет от столь далёких областей почти полностью гасился на пути к Земле.

Конечно, поглощение не так сильно для длин волн, больших, чем у видимого света, и именно поэтому мы имеем возможность воспроизвести общую картину Галактики. В частности, очень важными в понимании структуры Галактики были исследования с использованием волн длиной 21 см (рис. 26).

Рис. 26. Карта Галактики, которая построена с помощью изображений, полученных регистрацией излучения на длине волны 21 см. Сквозь более плотные области просвечивают спиральные рукава

Следует заметить, что газ в Галактике не играет главной роли в процессе поглощения света. Считается, что основные виновники — твёрдые частички вещества, которые значительно более эффективно, чем атомы или молекулы газа, ослабляют свет звёзд либо за счёт поглощения его, либо за счёт рассеяния по разным направлениям. Теоретики могут рассчитать, какое ослабление света вызовет твёрдое зёрнышко определённого размера и состава, и подобные расчёты позволяют построить модели того, из чего состоит межзвёздная пыль. Наиболее приемлемыми кандидатами являются твёрдый водород, графит, силикаты, а типичный размер зёрен — порядка микронов (1 микрон = 1/1000 мм). Проверка модели заключается в её способности правильно воспроизвести наблюдаемое ослабление света для различных длин волн.