Мир астрономии. Рассказы о Вселенной, звездах и галактиках - Мухин Лев Михайлович. Страница 33
Звезды отличаются не только по массе и светимости, но и по возрасту. Наиболее старые звезды обеднены тяжелыми элементами. Молодые же по сравнению со старыми обогащены элементами тяжелее гелия. Так вот, оказалось, что звезды, расположенные в плоскости диска Галактики, сравнительно молоды; к их числу от носится наше Солнце.
Кстати, Солнце и Солнечная система расположены не просто в диске, а вблизи плоскости симметрии диска. Существующие оценки показывают, что расстояние между Солнцем и этой плоскостью не превышает 10 парсек, а расстояние до центра Галактики составляет около 10 килопарсек. Звезды же, принадлежащие гало, имеют более солидный возраст, и содержат гораздо меньше тяжелых элементов. Галактическое гало (сферическая часть Галактики) образовано шаровыми скоплениями — компактными группами, содержащими сотни тысяч звезд.
Схематическое изображение положения Солнечной системы в Галактике.
Лишь в начале 50-х годов было подтверждено предположение о спиральной структуре нашей Галактики.
В мире галактик наш Млечный Путь занимает отнюдь не последнее место. Это гигантская галактика с диаметром диска около 100 тысяч световых лет и толщиной около 30 тысяч световых лет. Масса видимого вещества в Галактике оценивается в 1,5 · 1011 солнечных масс. Но, несмотря на впечатляющую величину массы Млечного Пути, еще большая масса невидимого вещества содержится в короне Галактики. Эта масса оценивается примерно в 1012 масс Солнца.
Млечный Путь.
Галактика чрезвычайно напоминает живой организм. Она обладает своим внутренним обменом веществ — космическим метаболизмом. Различные объекты Галактики тесно связаны между собой и находятся в процессах непрерывного взаимодействия. Это взаимодействие отчетливо прослеживается на всех уровнях иерархии отдельных систем Галактики.
Чтобы не быть голословным, приведу несколько примеров. Звезды рождаются из массивных газопылевых облаков. В процессе эволюции звезда «нарабатывает» в своих недрах новые элементы. Если в дальнейшем она взрывается в виде сверхновой, эти элементы включаются уже в состав новых звезд.
Сами звезды производят снова газ и пыль, которые поставляются ими в межзвездную среду. Это сильно напоминает школьное выражение о «круговороте веществ в природе». Процесс рождения звезд зависит, например, и от космических лучей, а космические лучи, в свою очередь, производятся сверхновыми.
Что собой представляют космические лучи? Это заряженные частицы очень высоких энергий. Они приходят на Землю в достаточной мере изотропно, то есть примерно в одинаковых количествах со всех направлений. Оценки показывают, что, в принципе, космические лучи не должны долго задерживаться в Галактике. Ведь их скорость близка к скорости света, и поэтому, если бы им ничто не мешало, они покинули пределы Млечного Пути достаточно быстро, за время порядка 100 тысяч лет. На самом же деле они путешествуют в Галактике гораздо больший промежуток времени — около десяти миллионов лет.
Что же меняет столь радикальным образом характерное время пребывания космических лучей в Галактике? Ответ более или менее очевиден: крупномасштабное галактическое магнитное поле. Доказательством тому служит синхротронное радиоизлучение электронов космических лучей, приходящее к нам из районов Галактики, не связанных ни с облаками межзвездного газа, ни с какими-либо другими дискретными радиоисточниками. Таким образом, и космические лучи, и магнитные поля — составные элементы нашей Галактики.
Чрезвычайно важной компонентой Галактики является межзвездная среда. В основном это газ и пыль. Газ — межзвездный водород — можно наблюдать по излучению на волне 21 сантиметр. Он сконцентрирован в тонком диске, образованном молодыми звездами, и образует отдельные облака. Интересно, что некоторое количество газа обнаружено вне диска. Водород может присутствовать как в атомарной, так и в молекулярной форме.
Гигантские молекулярные облака содержат в форме молекулярного водорода H2 значительную часть массы межзвездного газа в нашей Галактике. Их характерный размер составляет 20–30 парсек, а иногда и того больше. Солнечная система просто потерялась бы внутри такого облака. Его масса в сотни тысяч раз превышает массу Солнца. Таким образом, гигантские облака молекулярного водорода являются наиболее массивными изолированными объектами в Галактике. Неудивительно, что они могут играть особую роль в ее динамике.
Удивительно скорее другое обстоятельство. Ведь вещество облака — молекулярный водород — практически невидимо, и большая часть сведений о нем получена весьма косвенным образом, по данным радиоизлучения входящего в состав облака молекул угарного газа на длине волны 2,6 миллиметра. Именно поэтому острые дискуссии относительно точного значения массы облаков, их размеров, причин образования и т. д. не утихают и по сегодняшний день, а разногласия между оценками, сделанными различными группами исследователей, весьма значительны. К тому же стоит отдельно подчеркнуть, что происхождение гигантских облаков до сих пор остается загадкой.
Скажем прямо — это отнюдь не единственная загадка. Массу проблем ставит перед астрономами и центр Галактики. Положение осложняется тем, что центральная область Млечного Пути скрыта от нас второй важной компонентой межзвездной среды — пылью. Она настолько сильно поглощает в оптическом диапазоне (до 30m), что наблюдения здесь практически невозможны. Поэтому астрономы используют данные о центрах других, похожих на нашу галактик для оценок звездного состава центра Млечного Пути. Тем не менее информацию о центральных областях астрономы могут все-таки получить, исследуя эти районы в инфракрасном, рентгеновском и гамма-диапазоне.
Мы уже говорили о том, что центры галактик проявляют различные формы активности, и наша Галактика не является исключением. Центральные области Галактики можно подразделить на три характерные зоны.
В зоне, имеющей радиус около 4 килопарсек, наиболее интересно резкое падение плотности газа. Образуется своего рода «дырка» в газовом диске Галактики.
На расстоянии от центра в 600–700 парсек проходит «граница» очень интересного района, который принято называть звездным балджем (от английского слова bulge — выпуклость). Эта область напоминает собой и по «форме» и по «содержанию» небольшую эллиптическую галактику, вкрапленную в центр Млечного Пути. Так же как эллиптические галактики, балдж содержит в основном старые звезды, возраст которых существенно больше среднего возраста звездного населения диска.
Как я уже говорил, наблюдение центрального района Млечного Пути в оптическом диапазоне сильно затруднено, и поэтому приходится изучать балджи других спиральных галактик. В нашей Галактике балдж проявляет себя по инфракрасному излучению. Основной вклад в это излучение вносят красные гиганты. Оценки дают значение массы балджа примерно в 30 миллиардов солнечных масс.
Наиболее загадочная область Галактики — центральный парсек. По космическим масштабам эта область невелика, но здесь наблюдаются аномалии, не имеющие пока удовлетворительного объяснения. К примеру, там находится «мини-спираль» — необычный источник радиоизлучения диаметром всего в 12 световых лет, а также другой быстропеременный компактный радиоисточник с периодом порядка нескольких минут. Этот источник расположен точно на оси вращения Галактики.
В том же направлении находится совершенно необыкновенный объект, уникальный источник, излучающий узкую линию, соответствующую аннигиляции электронов и позитронов!
Там же расположен точечный рентгеновский источник переменной интенсивности.
Объяснить наличие всех этих источников в сравнительно маленькой области пространства довольно трудно, и здесь, как обычно, на помощь приходят черные дыры. Я специально употребил здесь множественное число, поскольку одной дыры для объяснения всех чудес в центре нашей Галактики не хватает.