Все о космосе

Млечный путь и его соседи

Не было, наверное, ни одного народа на Земле, который не обратил бы внимания на Млечный Путь, тонкой пеленой опоясывающий ночное небо, и не придумал бы ему свое объяснение. Название нашей Галактике дали древние греки, и именно легенда, о Гере, напоившей своим молоком Геракла, сына Зев­са и прекрасной смертной Алкмены, остается наиболее попу­лярной из всех. Кому же шествовать в небесах, как не небожи­телям. Греки, а вслед за ними и римляне, считали, что, только идя по этому звездному пути, можно встретиться с Зевсом в его дворце. Аборигены Австралии говорят, что Млечный Путь ве­дет к дому богов, а якуты называли его "Следами Бога".

Действительно, это скопление звезд более всего напомина­ет извилистый путь во Вселенной. Американский поэт Генри Лонгфелло назвал нашу Галактику "широкой белой дорогой в небеса, путем призраков и теней". Древние венгры верили, что по Млечному Пути скачут погибшие в сражениях воины.

Североамериканские индейцы были уверены, что дорогу в небесах протоптала антилопа, соревнующаяся в беге с оленем.

Народ майя, до прибытия испанцев безраздельно правив­ший на просторах Центральной Америки, перепутав низ с верхом, считал, что Млечный Путь — это Шибальба, царство смерти, где жестокие боги терзают души умерших. С потус­торонним миром связывали его и чернокожие жители Вос­точной Африки, считая, что это — дым от костров их умер­ших предков.

Есть и более прозаические объяснения. Самые малень­кие люди на Земле, бушмены, думали: среди звезд летают хлопья пепла, брошенные давным-давно девушкой из их племени. Древняя персидская легенда рассказывает, что Млечный Путь — это разбросанная солома, которую некий человек ухватил однажды с чужого воза. Вора заметили и кинулись в погоню, а он так припустил, что забежал на не­бо, да и там не остановился, пока всю краденую солому не растерял...

Одно из самых поэтических сказаний родилось в Эстонии. Была у правителя небес Юкко красавица-дочь Линда, пове­левавшая перелетными птицами. Посватался к ней однажды прекрасный жених — Северное Сияние, принес в подарок ей тысячу белых коней. Посватался, да и пропал, исчез в север­ных просторах. Поднял тогда старый Юкко Линду к самым высоким звездам. Бродит там бедная невеста, плачет, жени­ха своего разыскивает. А ее свадебная фата, длинная и сереб­ристая — это и есть Млечный Путь.

В мире галактик творческая многогранность природы проявляется не менее ярко, чем, например, в ми­ре микроорганизмов. Ученые не перестают удивляться огромному многообразию форм этих "косми­ческих мегаполисов", среди которых наш Млечный Путь отнюдь не является эталоном. Однако подобно тому, как, изучая Солнце, мы узнаем многое о свойствах иных звезд, исследование нашей звездной систе­мы помогает разобраться в том, что происходит за ее пределами. Путь от Земли в бесконечность про­ходит через нашу Галактику.

Действительная картина звездно­го неба в общих чертах соответству­ет модели, предложенной Райтом. Мы наблюдаем обод "звездного жер­нова" в виде опоясывающей все небо серебристой полосы Млечного Пути, вне которой звезд встречается не­сравнимо меньше.

За два века астрономия внесла существенные коррективы в схему Райта. Выяснилось, например, что Солнечная система не так близка к "втулке", как считал исследова­тель. На самом деле, она размеща­ется ближе к "ободу". Более того, сама Галактика лишь в самом гру­бом приближении может быть срав­нена с жерновом или колесом. Весь­ма сложной оказалась ее спирале­видная структура, да и вращение Галактики не похоже на вращение твердого тела. Но главная идея Рай­та о том, что видимое распределе­ние звезд на небе отражает как строение звездной системы, так и наше расположение в ней, лежит в основе современной звездной астро­номии.

Руководствуясь этой идеей, по­пробуем представить, как выглядело бы небо, если бы мы занимали в Галактике иное место. Перенесемся мысленно в центр Млечного Пути. Здесь нет, как некогда думали, ка­кой-то массивной "сверхзвезды", которая своим тяготением заставля­ет остальные звезды вращаться во­круг себя. Центральные области на­шей Галактики, или ее ядро, пред­ставляют собой огромное и весьма густое скопление звезд, среди кото­рых преобладают красные гиганты. Оттуда, из центра Галактики, звезд­ный мир выглядел бы намного эф­фектнее, чем его наблюдаем мы. Ве­ликое множество очень ярких крас­новатых звезд усеивало бы небо­склон. От привычного для земного наблюдателя Млечного Пути не ос­талось бы и следа. Во-первых, пото­му, что как раз в направлении на "обод" расположены те темные ту­манности, которые обволакивают галактическое ядро. И, во-вторых, будь мировое пространство совсем прозрачным, то и в этом случае сла­босветящаяся полоса Млечного Пу­ти совсем терялась бы за бриллиан­товой россыпью ярких звезд "перед­него фона".

Удалимся теперь на самый край нашей Галактики, который, кстати сказать, выражен весьма нечетко. В направлении к своим краям галак­тики, типа нашей, постепенно схо­дят "на нет", и о их радиусе можно говорить только условно. Будем считать, что мы находимся в тех об­ластях нашей звездной системы, где звезды становятся большой ред­костью.

Небо отсюда имеет вид необыч­ный, разделяясь на две неравноцен­ные половины. Одна из них занята странным дисковидным звездным облаком, напоминающим те галак­тики, которые мы наблюдаем "с реб­ра". Переливающееся искорками ближайших звезд, оно со всех сторон окружено мрачной черной бездной, где удается заметить только не­сколько слабосветящихся туманных точек.

Впрочем, вооружившись телескопом, легко убедиться, что черная бездна не так уж пуста. Всюду в поле зрения виднеются крошечные пят­нышки галактик. Их видно не мень­ше, а гораздо больше, чем звезд на нашем небе. Отсюда, с границ нашей звездной системы, становится осо­бенно ощутимой необъятность кос­моса.

Небо приобрело бы еще более эф­фектный вид, если бы из центра Га­лактики мы отправились не к краю "жернова", а вдоль его "втулки". Поднявшись на высоту, равную ра­диусу Галактики, мы могли бы обозревать всю нашу звездную спи­раль.

Дивное, величественное зрелище раскрылось бы перед нами. Разве может сравниться с Млечным Путем вся Галактика, видимая плашмя? Извне наша звездная система выг­лядит куда более впечатляюще, чем изнутри.

А теперь проделаем другой экспе­римент. Представим, что наша Галак­тика изменила форму, и из спираль­ной превратилась в одну из эллипти­ческих галактик, т. е. почти шаровое, внутри которого в любом направле­нии концентрация звезд в пространс­тве изменяется плавно.

Картина сразу изменилась. Млеч­ный Путь исчез. Все небо почти рав­номерно заполнилось звездами. Толь­ко из-за эксцентричности нашего по­ложения в такой Галактике, в нап­равлении на ее центр звезд видно больше, чем в противоположной сто­роне неба.

Можно представить и другой ва­риант. Допустим, что наша звездная система сильно сплющилась. Это тотчас отразилось бы и на виде звез­дного неба. Млечный Путь стал уже, но зато намного ярче, и вместо рос­сыпи звезд мы увидели бы опоясыва­ющий небо светящийся обруч, вне которого виднеются лишь несколько ярких звезд.

Как видно из наших воображае­мых прогулок, вид неба определяет­ся формой звездной системы и поло­жением в ней наблюдателя.

Тайны Млечного Пути

Огромная звездная система, на­зываемая Галактикой, что в переводе с греческого означа­ет Млечный Путь, состоит из двух триллионов звезд, среди которых есть и наше Солнце. Полоса Млечного Пути в Северном полушарии пересекает небо по созвездиям Орла, Лисички, Лебедя, Цефея, Кассиопеи, Персея, Возничего, Тельца, Ориона и Единорога. В 1610 г. Галилео Галилей в свой небольшой те­лескоп первым рассмотрел, что полоса эта состоит из множества звезд.

Очень похожа на наш Млечный Путь спиральная галактика NGC 2997. Ее центральная часть — это, так называе­мый, балдж, в центре которого и расположено, собственно, ядро галактики. Звездная плотность здесь достигает максимального значения — почти сто тысяч звезд на кубический парсек (1 пар­сек = 3,26 светового года). Из балджа исходят как минимум три спиральных рукава, которые населены молодыми горячими звездами высокой светимос­ти. А поскольку такие объекты можно наблюдать с больших расстояний, спи­ральная структура видна достаточно четко. Рукава имеют хорошо выражен­ную "клочковатую" структуру, состоя­щую из газово-пылевых комплексов и областей звездообразования. Наиболь­шие комплексы выглядят как неболь­шие светлые пятна внутри спиральных рукавов или в непосредственной бли­зости от них. На внешних кромках спи­ралей расположены пылевые облака.

Формы спиралей говорят о вращении галактики, в результате которого и зак­ручиваются рукава. В солнечном секто­ре Млечного Пути есть три спиральных рукава. Они названы рукавами Персея, Стрельца-Киля и Ориона-Лебедя. Пос­ледний называют также Солнечным ру­кавом, поскольку вблизи его внутрен­него края как раз и расположено Сол­нце. Звездная плотность в окрестнос­тях Солнца — приблизительно одна звезда на десять кубических парсеков, что в несколько раз больше средней звездной плотности галактического фо­на. Спиральная структура относится к составляющим галактического диска.

Первой галактикой, четкую спи­ральную структуру которой удалось рассмотреть, стала NGC 5194 (М 51 или галактика Водоворот), открытая лордом Россом в созвездии Гончих Псов. Она имеет небольшое, но достаточно ак­тивное ядро, вблизи которого наблюда­ется движение горячего газа со скорос­тью 200 км/сек.; мощные, широкие, хорошо развитые спиральные рукава, в которых можно обнаружить скопления горячих звезд; многочисленные полосы темного вещества, частично проникаю­щие в область ядра. Верхний спираль­ный рукав галактики М 51 огибает ее, проходит параллельно второму рукаву и оканчивается ярким желтым пят­нышком сложной конфигурации. Это "пятнышко" — спутник М 51 — непра­вильная галактика NGC 5195, которая младше М 51 и по ряду признаков про­должает развиваться, скорее всего, в пересекающуюся спираль. Рукава М 51 деформированы, что (учитывая сущес­твование объединяющего обе галакти­ки звездного моста) позволяет отнести ее к числу взаимодействующих. Га­лактика-спутник оборачивается вок­руг общего центра масс с периодом, приблизительно, 2,5 млрд. лет. Светя­щийся мост между ними образовался около 50 млн. лет назад, когда компоненты двойной системы сблизились.

Но вернемся к Млечному Пути. В его центральной части находится балдж, состоящий из 10 млрд. звезд. Из него выходят три спиральных рукава, о ко­торых мы уже говорили, а в центре рас­положено ядро нашей Галактики. Сол­нечная система же находится в 28 000 световых лет от центра Млечного Пути. Полный диаметр Млечного Пути сос­тавляет 100 000 световых лет, то есть, чтобы преодолеть расстояние от одного его края до другого, лучу света необхо­димо 100 000 лет. Вот такая огромная наша Галактика, хотя во Вселенной су­ществуют и еще большие!

На центральную область Млечного Пути проектируется часть спирального рукава Стрельца-Киля. Темные "прова­лы" на снимках — это "угольные меш­ки" — плотные облака газа и пыли, тя­готеющие к плоскости Галактики. Пог­лощение света в них настолько огром­но, что звезд, расположенных за этими облаками, просто не видно. Единичные звезды, заметные на фоне "угольных мешков", находятся между наблюдателем и облаками.

Ядро нашей Галактики — это область радиусом около 3000 свето­вых лет. На звездном небе центр Галактики находится в направле­нии созвездия Стрельца. Идущий от ядра поток излучения в види­мом диапазоне длин волн, проходя через газово-пылевые облака, ос­лабевает на 30 звездных величин (30™), т.е. в триллион (1012) раз. Центральная область Млечного Пути доступна для наблюдений в инфракрасном, рентгеновском, гамма- и радиодиапазонах.

Вблизи галактического центра, внутри области радиусом около 1000 световых лет можно наблюдать газовые потоки, движущиеся со скоростью около 500 км/сек.

Снимки I и II охватывают область центра Галактики размером 400x900 световых лет. Источники SNR 0.9+0.1, X-ray Thread и Sa­gittarius A East, вероятно, представляют собой остатки взрывов Сверхновых. Яркие двойные рентгеновские источники IE содержат черные дыры или нейтронные звезды. Массивные звезды в Дугах (Arches) и других звездных скоплениях (источники DB) имеют ко­роткий срок жизни. В недалеком будущем эти звезды закончат свой эволюционный путь во взрывах Сверхновых, пополняя население центра Галактики новыми нейтронными звездами или белыми кар­ликами, а межзвездную среду — газово-пылевыми облаками, бога­тыми тяжелыми элементами.

Особый интерес представляет центральная часть ядра радиусом менее 3 световых лет в которой сконцентрирована масса, эквивален­тная 50 млн. солнечных масс. Именно в этой загадочной области, расположенной в самом сердце нашего звездного острова, наблюда­ется гигантское выделение энергии и целая череда удивительных явлений. Снимки III и IV охватывают область около 25 световых лет. В центральной части изображения находятся три ис­точника радиоизлучения. Sagittarius A East — остаток взрыва Сверхновой, произошедшего 10 000 лет назад, (плюс 25 000 лет, в течение которых свет дошел до земного наблюдателя), Sagittarius A West — структура, сос­тоящая из газа, двигающегося по спи­рали в направлении Sagittarius A. Последний, вероятнее всего, пред­ставляет собой черную дыру, массой три миллиона солнечных. На изображении (V), полученном Chandra, видно четыре ярких пере­менных рентгеновских источника, которые были открыты в пределах 3 световых лет от Sagittarius-A (Sgr-A). Переменность этих объек­тов наводит на мысль о том, что они представляют собой двойные систе­мы, в которых черная дыра или ней­тронная звезда вытягивает материю из расположенной рядом звезды-ком­паньона. Такая высокая концентра­ция двойных рентгеновских источни­ков в этом регионе — косвенное доказа­тельство того, что вокруг Sgr-A сфор­мировался плотный "рой" из черных дыр и нейтронных звезд массами более 10 000 солнечных масс.

Наличие сверхмассивной черной дыры в центре нашей Галактики было доказано сравнительно недавно. В нас­тоящее время астрофизики склонны считать, что большинство крупных га­лактик (если не все без исключения) содержат в своих центрах подобные объекты. Считается, что наличие чер­ной дыры в центре Млечного Пути пре­пятствует рождению новых звезд в пре­делах 3-4 световых лет от нее, посколь­ку гравитационное поле сверхмассив­ного коллапсара рассеивает любые об­ширные скопления газа и пыли, кото­рые и являются сырьем для формиро­вания звезд. Однако Брэд Хансен (Brad Hansen) из Калифорнийского универ­ситета в Лос-Анжелесе утверждает, что нашел-таки в нашем галактическом ядре молодые звезды, и они располо­жены менее чем в 0,5 светового года от сверхмассивной черной дыры. Этим звездам около 10 млн. лет — они сов­сем младенцы по астрономическим масштабам.

Новые загадки облаков Магеллана

Большое и Малое Магеллано­вы облака (БМО и ММО) — самые близкие к Млечному Пути звездные системы. Со времени их открытия в 1519 г. Магелланом, орга­низовавшим первое в истории чело­вечества кругосветное путешествие, считалось, что они являются спутни­ками нашей Галактики. И вот недавно ученые получили новые результаты, которые заставляют усомниться в этом. Исследования, проводившиеся Гуртиной Бесла из Смитсонианского астрофизического центра в Гарварде (Gurtlna Besla, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics), позволяют заключить, что "облака" по отноше­нию к нам находятся на пролетной ги­перболической траектории. Причи­ной пересмотра традиционного мне­ния послужили последние сверхточ­ные измерения величины и направле­ния вектора скорости, которые пока­зали, что значения относительных скоростей очень велики. Отсюда мож­но сделать два вывода: либо масса на­шей Галактики значительно больше, чем принято считать, и Магеллановы облака все-таки остаются "нашими" спутниками, либо они являются при­шельцами с окраин местной галакти­ческой группы, а возможно, и из более далеких глубин космоса.

Чем глубже Бесла и ее коллеги анализировали полученные данные, тем более они склонялись ко второ­му выводу. Однако, как только появ­ляется ответ на один вопрос, сразу возникает дюжина других.

Оба Магеллановых облака пред­ставляют собой неправильные га­лактики (тип Irr/SB(s)m и SB(s)m pec, соответственно). Расстояние до БМО — 160 тыс., до ММО — 200 тыс. световых лет.'5 Первая галактика имеет поперечник в 3 раза меньший, чем диаметр диска Млечного пути, вторая — еще вдвое меньше.

Вокруг нашей Галактики сущес­твует большое газовое облако, про­стирающееся на 10 тыс. световых лет выше и ниже главной галактической плоскости и населенное миллиардами звезд. Это облако заметно деформи­ровано. Отклонение его формы от пра­вильного эллипсоида ранее объясня­ли именно следствием обращения "об­лаков" и их гравитационного влияния. Если Магеллановы облака вторглись в наши окрестности всего 1-3 млрд. лет назад, своим притяжением они эти де­формации вызвать не могли. Другого же объяснения пока не предложено.

Другая загадка: как образовался "Магелланов поток" — огромный шлейф газа, тянущийся за галакти­ками и наблюдающийся в виде дуги на небесной сфере протяженностью около 100°? Его возникновение ранее приписывали двум механизмам. Га­зовые шлейфы могут формировать­ся в результате приливно-отливных взаимодействий БМО, ММО и на­шей Галактики, либо при движении спутников в очень разреженном га­зовом окружении Млечного пути, при котором из них "выдувается" межзвездный газ. Если Магеллано­вы облака не являются "нашими" спутниками, оба сценария становят­ся беспочвенными.

И, наконец, третья загадка. На сегод­няшний день астрономы довольно хо­рошо изучили историю звездообразо­вания в "облаках". Этот процесс де­монстрирует ряд всплесков, разделен­ных длительными периодами относи­тельного спокойствия, когда частота рождения новых звезд значительно снижалась. С другой стороны, звездо­образование в нашей галактике харак­теризуется постоянной на протяжении многих миллиардов лет интенсивнос­тью. Цикличность, наблюдаемая в Ма­геллановых облаках, ранее объясня­лась их вращением вокруг Млечного пути. В свете новой теории эти циклы могут найти свое объяснение разве что при рассмотрении взаимного вли­яния Большого и Малого облаков.

В дальнейшем исследователи наме­реваются сосредоточить свои усилия на изучении происхождения и состава Магелланова потока. Возможно, полу­ченные данные помогут ответить на вновь возникшие вопросы.

Тринадцатый спутник Галактики

Большое и Малое Магеллановы Облака — два самых ярких и из­вестных спутника нашей Галактики — в средних широтах Северного полуша­рия не видны. Кроме них, в путешес­твии по Вселенной нас сопровождает еще десяток "звездных облачков", ко­торые с Земли видны в созвездиях Скульптора, Печи, Киля, Стрельца, Секстанта, Льва, Дракона и Малой Медведицы. Но разглядеть их значи­тельно труднее: во многих из этих га­лактик звезд не больше, чем в прилич­ном шаровом звездном скоплении, при этом находятся они от нас гораздо даль­ше и рассеяны на большой площади не­ба. Астрономам стоило немалых уси­лий распознать их среди звездного "фо­на" Млечного Пути.

Галактики подобного типа, сравни­мые по суммарной яркости со звездны­ми скоплениями, называют карлико­выми. Звезды, из которых они состоят, находятся на большом расстоянии друг от друга. По современным представле­ниям, эти малозаметные звездные ост­рова сформировались в областях повы­шенной концентрации "темной мате­рии" — в ее отсутствие такие скром­ные по массе, но большие по размерам системы неизбежно рассеклись бы в межгалактическом пространстве за несколько десятков миллионов лет, что намного меньше возраста Вселенной.

Однако наблюдательные данные плохо согласовывались с теорией, утвер­ждавшей, что таинственной "темной материи" в окрестностях Млечного Пу­ти должно быть больше, чем можно предположить, исходя из количества его карликовых спутников. Противоре­чие начало разрешаться в 1994 году, когда было доказано, что часть слабых звезд в созвездии Стрельца (а также из­вестное шаровое скопление М54) отно­сятся к самостоятельной галактике, расположенной недалеко от нашей по другую сторону от ее центра относи­тельно Солнечной системы.

Почти 10 лет в наших ближайших окрестностях ничего подобного не на­ходили. Уже в 2003 году "получила не­зависимость" группа звезд в созвездии Большого Пса, недалеко от внешних границ Млечного пути. Некоторые ис­следователи склонны считать ее искрив­лением одного из его спиральных рука­вов, но большинство ученых согласно с тем, что это тоже самостоятельная кар­ликовая галактика — наш самый близ­кий сосед по Вселенной.

Потом подоспели обширные наблю­дательные данные, сгруппированные в Слоуновский цифровой обзор (Sloan Digital Sky Survey) — и вот в начале ны­нешнего года группа сотрудников Нью-йоркского университета под руководс­твом Бэта Виллмана (Beth Willman) объявила, что в хорошо нам всем знако­мом созвездии Большой Медведицы найден новый спутник нашей Галактики. Он расположен на расстоянии 330 тысяч световых лет — вдвое дальше Большого Магелланова Облака — и стал самым слабо светящимся из объек­тов данного класса (некоторые звезды нашего неба "в одиночку" светят ярче всех звезд этой галактики, вместе взя­тых). По результатам спектрофотометрических наблюдений астрономы сде­лали вывод, что "карлик Большой Мед­ведицы" — галактика очень старая: со­держание металлов в ее звездах исклю­чительно мало.

Новонайденный спутник Млечного Пути — тринадцатый по счету. И, судя по всему, не последний. Анализ цифро­вых обзоров звездного неба продолжа­ется...

Клим Чурюмов