На очереди — решение увлекательных загадок Вселенной: поиск цивилизаций, выяснение природы квазаров, решение проблемы скрытой массы и многое другое. На очереди — вынос в космос больших оптических и радиотелескопов, создание космической голографии — получение трехмерных изображений некоторых объектов, измерение угловых расстояний в 10–8 секунды дуги, в десять тысяч раз более высокая точность, чем сегодня. Одним словом, реальные перспективы исследования новых загадок окружающего нас мира становятся все более и более реальными.
Галактики
Зеркальный телескоп. 1750 год.
Что такое галактика?
Читателям, интересующимся научной фантастикой, хорошо известно имя Ф. Хойла — автора нашумевших бестселлеров «Черное облако» и «Андромеда». Астрофизики знают Хойла как блестящего ученого, одного из творцов теории происхождения химических элементов и теории стационарной Вселенной, зачинателя многих направлений современной космологии и астрофизики, человека, вся научная деятельность которого — бенгальские огни новых, оригинальных идей.
Двадцать лет назад Хойл написал научно-популярную книгу «Галактики, ядра и квазары», в которой он высказывает довольно пессимистическую точку зрения по поводу имеющейся информация о происхождении галактик. «О происхождении галактик почти ничего не известно», — пишет он в своей книге. Прошло 20 лет после выхода в свет книги Хойла, и сегодня приходится признать, что общепринятой, канонической теории образования галактик не существует. Положение, быть может, не столь трагично, как писал Хойл, но тем не менее это один из самых трудных (и нерешенных!) вопросов современной космологии.
Далекие туманные объекты — туманности были замечены астрономами еще в XVII веке. О знаменитой туманности Андромеды впервые упомянул современник Галилея С. Мариус в 1612 году. Французский астроном Ш. Месье, известный своими открытиями комет, чтобы наблюдатели не путали кометы с туманностями, составил первый список туманностей, содержавший около ста объектов. Но лишь в 20-х годах нашего века удалось установить, что некоторые туманности — это гигантские звездные системы, находящиеся далеко за пределами нашей Галактики — Млечного Пути.
Постепенно астрономы выяснили, что эти системы сильно отличаются по форме и размерам друг от друга, и Хаббл составил знаменитую «камертонную диаграмму» — первую классификацию галактик, которая и по сегодняшний день широко используется в наблюдательной астрономии.
Все галактики Хаббл разбил на три основных вида: эллиптические, спиральные и неправильные. Составляя диаграмму, он полагал, что в ней отражен некий механизм эволюционных переходов от одного вида к другому. Это предположение впоследствии было отвергнуто, но классификация Хаббла, как мы говорили, используется и поныне. Что же касается очевидных различий в строении колоссальных звездных систем, то они связаны, по всей видимости, с условиями образования галактик.
Итак, посмотрим еще раз повнимательнее на камертонную диаграмму Хаббла. Очень многие из известных ныне астрономам галактик имеют эллиптическую форму. У самых крупных эллиптических галактик поперечник сравним с диаметром нашей Галактики, включая ее корону (примерно 105 парсек), а масса их достигает 1013 солнечных масс. Таких гигантских эллиптических галактик сравнительно немного, и гораздо более распространены так называемые карликовые эллиптические галактики, имеющие размеры в поперечнике «всего» около 2000 парсек и содержащие несколько миллионов звезд (в нашей Галактике сотни миллиардов звезд, и она поэтому считается гигантской).
Камертонная диаграмма Хаббла.
Спиральные галактики были открыты первыми. Это сильно сплюснутые системы гораздо большей яркости, чем широко распространенные карликовые эллиптические галактики. Основное различие между обычными спиральными галактиками и спиралями с перемычкой заключается в форме ядра этих систем. Обычные, или нормальные, спирали имеют ядро приблизительно сферической формы, но у ряда спиральных галактик в области вытянутого ядра наблюдается перемычка.
На диаграмме Хаббла мы видим и линзовидные галактики. Они так же, как и спиральные, сильно сплюснуты и напоминают чечевицу, но у них нет спиральной структуры.
И наконец, еще один тип галактик — неправильные. К ним относятся, например, два основных «компаньона» нашей Галактики — Большое Магелланово Облако и Малое Магелланово Облако. Свое название «неправильные» эти звездные системы получили из за особенностей их видимой формы. Некоторые неправильные галактики несут на себе отпечатки мощных взрывных процессов, другие имеют искаженную форму за счет взаимодействия с соседними близкими галактиками.
Большинство галактик обладает «стадным» характером: они образуют скопления, большие и малые. Малые насчитывают десятки членов, большие — тысячи. Большое скопление в Волосах Вероники содержит примерно десять тысяч галактик, главным образом эллиптических. Размер этого огромного скопления около четырех мегапарсек.
Скопления галактик, в свою очередь, входят в состав еще более крупных структурных образований, которые называются сверхскоплениями. Эти самые крупные структурные ячейки Вселенной имеют размеры до сотни мегапарсек и массы, превышающие 1015 масс Солнца.
Именно галактики являются ключевым элементом в структуре наблюдаемой Вселенной, а проблемы образования галактик и структурирования мира — один из основных вопросов в современной космологии.
Здесь существует некоторая тонкость, на которую нам необходимо обратить внимание. Когда мы говорили о рождении нашего мира, мы подчеркивали что речь идет об однородной и изотропной Вселенной. И действительно, крупномасштабная структура мира в пределах той точности наблюдений, которой располагает современная астрономия, изотропна и однородна. Так, например, величина скорости разбегания галактик не зависит от того, в каком участке ночного неба проводятся измерения. То же самое можно сказать и о наблюдениях реликтового излучения, о числе далеких галактик в различных направлениях от Земли (но в достаточно больших сравниваемых объемах!).
Изотропность реликтового фона с полной определенностью свидетельствует о том, что распределение вещества Вселенной в эпоху отделения излучения от вещества было в высокой степени однородным. Это, по всей видимости, совершенно непреложный вывод. Но как согласовать его с очень сложной структурой сегодняшней Вселенной, которая определяется существованием галактик, их скоплений, и, наконец, сверхскоплений? Ведь совершенно ясно, что если бы расширение абсолютно однородной Вселенной было, в свою очередь, абсолютно однородным, то ни звезды, ни галактики не могли бы существовать в принципе. Вселенная в этом случае представляла собой однородный газ из атомов и элементарных частиц. Тем не менее в нашем мире мы можем наблюдать и звезды, и галактики. В чем же дело?
Рождение галактик
Еще раз вернемся к тому моменту, когда температура расширяющейся Вселенной упала до 4000 K. После Большого Взрыва прошло около миллиона лет. В это время в нашем остывающем мире произошли существенные перемены. Для нас сейчас особенно важно то обстоятельство, что Вселенная стала прозрачна для излучения. Произошло это по той причине, что электроны объединились в атомы с протонами и перестали участвовать в рассеянии фотонов. Излучение отделилось от вещества, и поэтому Вселенная стала для нас наблюдаемой.
