книги из ГПНТБ / Воронцов-Вельяминов Б.А. Галактики, туманности и взрывы во Вселенной

щей все небо, доступное для наблюдения на широте Ка­ лифорнии (3/4 всего неба). Если бы Хаббл задумал этим телескопом последовательно сфотографировать все небо сплошь, то, употребив этот телескоп только для этой ра­ боты, он бы не закончил ее и поныне. Хаббл использовал 1283 фотографии, но они покрыли только 2% исследуе­ мой площади неба. На этих пластинках он насчитал 44 000 галактик до 20-й звездной величины.

Картина распределения видимого числа галактик в таких ячейках на небесной сфере должна дать указание на распределение их в пространстве. Равномерно ли распределены галактики вокруг нас, меняется ли их распределение с удалением от нас изучаемых областей, существуют ли скучивания галактик, намечается ли уменьшение в числе галактик при переходе к самым слабым (и, очевидно, наиболее далеким)? Если бы такое уменьшение наметилось, то это означало бы, что мы приближаемся к границе Метагалактики, т. е. к границе совокупности окружающих нас галактик. Но этого прак­

подтверждение существования «зоны избегания гала­ ктик».

Подсчитывая галактики, Хаббл' выявил полное от­ сутствие их в Млечном Пути, а также уменьшение их числа на единице площади неба с приближением к га­ лактическому экватору.

Галактическая «зона избегания» Хаббла имеет ши­ рину от 10 до 20°. Она сразу же получила правильное объяснение как результат концентрации к галакти­ ческому экватору облаков космической пыли, иначе,

120

темных туманностей. Они поглощают свет галактик, ле­ жащих за пределами нашей Галактики. Дальше от галак­ тического экватора облака поглощающей свет пыли рас­ положены реже и менее плотны. Эти области полу­ прозрачны, и более яркие галактики через них видны, а кое-где между пылевыми облаками существуют про­ светы, и в них, как в «коридорах» видимости, видны га­ лактики, которые в действительности существуют по лю­ бым направлениям. Из подсчетов Хаббла удалось уста­ новить даже величину поглощения света в пылевом слое нашей Галактики, ее изменение с удалением от галакти­ ческого экватора, в плоскости которого находится наша солнечная система.

Из подсчетов Хаббла создалось впечатление, что не­ бесная сфера заполнена галактиками довольно равно­ мерно. Следовательно, и в пространстве Метагалактики плотность островных вселенных довольно постоянна. Однако последующие исследования, по-видимому, уже бесспорно показали очень сильную тенденцию галактик скучиваться в скопления, содержащие сотни галактик. Отдельные скопления такого рода были давно известны, но подсчеты галактик показывают, что такие скопления не исключение, а правило для Метагалактики. В скопле­ ниях число галактик в единице объема значительно больше, чем в общем поле Метагалактики, заполнен­ ном одиночными галактиками. Существует еще и гро­ маднейшее число мелких групп, состоящих всего из не­ скольких галактик, и, чем группы меньше, тем число их больше.

Все такого рода исследования не очень точны, так как расстояния до подавляющего большинства галактик нам неизвестны и выводы делаются статистическими ме­ тодами.

121

Вид и типы галактик

Первая хорошая классификация галактик принадле­

цифра после символа Е растет вместе с ростом отноше­ ния большой оси к малой оси изображения. В действи­ тельности (в пространстве) некоторые сильно эллипсои­ дальные галактики вследствие проекции, когда их малая ось направлена к нам, могут выглядеть как круглые. Яркость в них постепенно падает от центра к краям, и поэтому трудно сказать, где находится граница галак­ тики. Приводимые в литературе видимые и линейные размеры галактик довольно условны.

В эллиптических галактиках не было обнаружено долгопериодических цефеид, а короткопериодические слишком слабы, чтобы их можно было увидеть с того расстояния, на котором находятся даже ближайшие из них. В типичных эллиптических галактиках, по-види­ мому, нет облаков космической пыли, но иногда в их центральной области отмечается небольшое количество ионизированного газа. Эллиптические галактики состав­ ляют большинство в крупных скоплениях галактик.

Когда их много, то ветви уже не сплошные, а представ­

разветвляются. Хаббл выделил два типа спиральных га­ лактик: обычные спиральные галактики с ветвями, вы­

122

ходящими из яркого ядра или линзы, и пересеченные спиральные галактики. У последних ядро пересекается полосой или перемычкой — «баром», от концов которого отходят спиральные ветви. Кроме того, иногда бар яв­ ляется диаметром светлого кольца (см. Приложение,

рис. 30).

Обычные спирали обозначаются S, а пересеченные

SB.

Хаббл нашел, что есть спиральные галактики с боль­ шим ярким ядром и со слабыми, туго закрученными аморфными ветвями. Их он обозначил Sa и SBa, Галак­ тики с малым ядром и сильно раскрытыми ветвями, ко­ торые довольно ярки и очень клочковаты, он обозначил Sc и SBc. Промежуточные типы Хаббл обозначил Sb и SBb. Нашу Галактику и М31 в Андромеде относят к типу Sb. Все спиральные галактики в области своих вет­ вей содержат много светлых газовых туманностей и тем­ ной пылевой материи. Когда плоская спиральная галак­ тика наклонена к нам, она имеет эллиптические очерта­ ния, а когда она повернута к нам ребром, то выглядит

повернутые к нам ребром. В этом случае пылевая мате­ рия, когда ее много во внешних частях галактики, проек­ тируется на ее ядро и внутренние части в виде темной полосы. Из этого видно, что она располагается тонким слоем в экваториальной плоскости спиральной звездной системы. В ней же сконцентрированы и яркие газовые туманности, и облака нейтрального водорода, масса ко­ торого больше, чем масса пыли. Эти явления вполне аналогичны тому, что мы наблюдаем в нашей Галактике.

В более близких галактиках то, что Хаббл принимал за отдельные ярчайшие звезды, во многих случаях ока­

123

залось либо шаровыми или рассеянными звездными скоплениями, либо яркими газовыми туманностями, либо просто сгущениями звезд. Реальные ярчайшие звезды оказываются слабее и видны на фотографиях только в са­ мых близких к нам галактиках и только в сильнейшие те­ лескопы. Течение спиральных ветвей отмечается наиболее четко расположением гигантских голубых, горячих звезд, газовыми туманностями и волокнами пылевой материи — крайними представителями I типа звездного «населения». Что касается ядер и линз, находящихся в центре галак­ тик, размеры которых по отношению к ветвям крайне разнообразны, то они похожи на эллиптические.

Наконец, Хаббл выделил галактики неправильной, хаотической формы. Они очень клочковаты, и предста­ вителями их являются оба Магеллановых Облака. Та­ кие галактики встречаются значительно реже осталь­ ных. В них изобилуют горячие гиганты и диффузная ма­ терия, особенно газовая.

Вспышки обычных новых и сверхновых звезд, наблю­ давшихся в ряде галактик, дополняют сходство их при­ роды с природой нашей Галактики.

Позднее Хаббл ввел новый тип SO, считающийся промежуточным между эллиптическими и спиральными галактиками типа Sa. Описание его американскими авто­ рами неясно и противоречиво. В этот класс включена часть галактик, относившихся прежде либо к сильно сжатым Е, либо к Sa и SBa. В общем они являются как бы эллиптическими, но в них заметно более или менее ясно выраженное ядро, а снаружи имеется толстый аморфный диск. Галактики типа SO иногда содержат немного пылевой материи или же вместо диска имеют светлое кольцо, отделенное от главного тела менее ярким промежутком.

124

Последняя, более детальная классификация Хаббла для ярких галактик была упорядочена и опубликована Сэндиджем (США) и видоизменена Вокулером, нашед­ шим галактики типа, переходного от S к SB. Первые он обозначает SA, вторые — SB, а переходные — SAB (см. Приложение, рис. 34). Его классификация более деталь­ на, но весьма сложна. В практику она пока не вошла.

Еще при жизни Хаббла были открыты любопытные карликовые галактики нового типа. Что существуют га- лактики-гигантьь (такие, как наша и как М31 — спираль­ ная галактика в Андромеде) и галактики-карлики (как Магеллановы Облака — неправильного типа и как два эллиптических спутника М31), знали и раньше. Но в 1938 г. нашли галактики нового вида, притом совсем «рядом». На одном из снимков Гарвардской обсервато­ рии было обнаружено около 30 000 звезд — членов на­ шей Галактики и около 2000 далеких, слабых галактик. Это было обычным «уловом». Но, кроме этого, на плас­ тинке обнаружилось еле заметное, но большое пятныш­ ко из едва уловимых точек — изображений далеких сла­ бых звезд. Сборище точек, густота которых росла к центру, имело диаметр 1°,25 и содержало 10 000 звезд ярче 19-й звездной величины. Несомненно, в этой си­ стеме более слабых звезд еще гораздо больше. Общий вид системы был настолько необычен, что сначала ду­ мали, не дефект ли это фотопластинки, тем более что на многих снимках, сделанных на других телескопах или при меньшей экспозиции, не было и следа нового объек­ та, столь слабым и размытым он оказался.

Возник, конечно, вопрос, находится ли это скопище звезд внутри нашей Галактики или является самостоя­ тельной галактикой. По счастью, среди его более ярких звезд были обнаружены цефеиды. Определение периода

125

изменения их блеска позволило узнать их абсолютную величину, а сравнение ее с видимой величиной дало воз­ можность найти расстояние. Оказалось, что эта звездная система в созвездии Скульптора — самостоятельная га­ лактика-карлик, отстоящая от нас примерно на 70 000 парсеков, т. е. находящаяся дальше, чем Магеллановы Облака, но втрое ближе, чем галактика Андромеды. Это одна из самых близких к нам галактик, не замеченная ранее вследствие своей крайней разреженности. Диаметр сфероидальной, прозрачной галактики в Скульпторе оказался равным приблизительно 1000 парсеков, или 3000 световых лет. Замечательно не только то, что сум­ марный блеск этой системы оказался в 40 раз меньше, чем у Малого Магелланова Облака, но и в большей ме­ ре то, что это такой разреженный, прозрачный, неизвест­ ный ранее тип галактик.

Вскоре была открыта вдвое более далекая галактика такого же типа в созвездии Печи. Таких галактик в про­ странстве должно быть много, но они с трудом обнару­ живаются вблизи нас, а на больших расстояниях уже неразличимы. Сфероидальные галактики необходимо \Нак-то отличать от нормальных эллиптических галактик типа Е (по Хабблу). Но этого в классификации до сих пор не сделано, и их называют длинно «сфероидальны­ ми галактиками типа Скульптора».

Паломарская обсерватория в США несколько лет назад издала «Атлас неба», о котором мы упоминали. Снимки делались крупными телескопами с 125-сантимет­ ровым отверстием, дающим широкое поле 6x6°. Чтобы заснять все небо, потребовалось почти 900 снимков. На фотокартах этого Атласа в микроскоп можно различить форму и структуру множества галактик. Автор изучил по атласу вид 30 тысяч галактик.

126

Природа галактик оказалась гораздо многообразнее, чем можно было думать по изучению в 100 раз меньшей коллекции фотографий.

Хаббл считал, что каждому типу галактик свойствен­ ны определенные черты, встречающиеся всегда совместно, и что его типы исчерпывают большинство существую­ щих форм. В действительности же оказывается, что раз­ личные черты структуры встречаются у галактик в са­ мых разнообразных сочетаниях. Хаббл считал, напри­ мер, что у галактик типа Sa ядро большое и яркое, а аморфные ветви -туго закручены. Между тем встречают­ ся часто спирали с маленьким ядром, но с широко от­ крытыми аморфными ветвями. Их тоже относят только к типу Sa. По Хабблу, у спиралей Sc ветви открыты, а ядро мало. Однако есть много галактик со значитель­ ным ядром и туго закрученными ветвями клочковатой структуры. Обнаружились галактики с ветвями, возвра­ щающимися обратно к ядру и образующими петли или форму восьмерки. Есть галактики с одной-единственной ветвью, иногда переходящей в кольцо или в подобие руч­ ки, приделанной к главному телу. Встречается множест­ во ярких ядер, окруженных дисками или кольцами как аморфной, так и клочковатой структуры, причем диск на периферии иногда превращается в кольцо. Спиральные ветви выходят иногда не из ядра, а из периферии диска или не от концов перемычки, а от периферии кольца. Есть галактики с двумя и даже тремя рядами спираль­ ных ветвей, как аморфных, так и клочковатых, незави­ симых друг от друга. Многие формы галактик так смут­ ны или так сложны, что их невозможно описать.

Все это богатство форм не укладывается в классифи­ кацию Хаббла и ее видоизменения, но новую, удачную классификацию выработать еще трудно. Автор пришел

127

к необходимости описывать каждую галактику индиви­ дуально при помощи различных символов, чтобы описа­ ние не было слишком длинным. Такие описания нужны еще и потому, что сильно сжатые галактики, видимые с ребра или почти с ребра, обычно не позволяют разга­ дать их структуры (далее того, имеем ли мы дело с обыч­ ной или с пересеченной спиралью).

Размеры и светимости галактик

Определение расстояний по красному смещению в спектрах галактик тем относительно точнее, чем галак­ тики дальше от нас. Но чем дальше галактики, тем они слабее, и фотографирование спектра каждой из них требует многих часов утомительного труда. Для фото­ графирования спектра галактики 13-й звездной величи­ ны даже на большом телескопе с диаметром 1 м надо несколько часов. Кроме того, нельзя использовать боль­ шие телескопы только для решения этой задачи в ущерб другим. Было бы очень полезно по виду галактики и ее структуре определять светимость и, сравнивая ее с ви­ димым блеском, находить расстояние до галактики и ее размеры. Как и для звезд, важно знать кривую светимо­ сти галактик, т. е. распределение их по светимостям в единице объема. Это необходимо и для изучения распре­ деления галактик в пространстве по наблюдениям их видимого распределения на небе.

128

смещению. Другой подход состоит в таких же поисках среди галактик, входящих в какое-либо скопление, в котором расстояния его членов от нас практически оди­ наковы. Третий способ — ищут различия в спектрах галактик разной светимости. Четвертый способ состоит в том, чтобы сопоставлять типы и светимости тех близких галактик, которые содержат цефеиды и другие объекты, по которым расстояния определяются точнее всего.

Первые три способа основываются на изучении близ­ ких галактик большой светимости, для которых соответ­ ствующие данные имеются. Четвертый способ охваты­ вает галактики и малой светимости, но в небольшом числе, которые к тому же характерны для наших окре­ стностей, но могут быть не типичны для Метагалактики в целом.

Часто высказывается неуверенность в том, что са­ мые яркие галактики в скоплениях и одиночные галак­ тики общего поля такого же вида имеют одинаковые светимости,

Некоторые исследователи полагают, что им удалось заметить определенные изменения вида спиральных га­ лактик среди типов Sb и Sc, связанные с изменением светимости системы. Несомненно существование как сверхгигантских спиральных галактик типов Sb и Sc, так и карликовых систем того же типа. Последние отли­ чаются главным образом своей малой поверхностной яркостью, т. е. меньшим числом звезд на единицу пло­ щади. Абсолютная звездная величина сверхгигантов, к которым принадлежат спираль в Андромеде М31 и на­ ша Галактика, составляет —20 или даже —21. Размеры их также принадлежат к наибольшим — около 25— 30 тысяч парсеков, т. е. до 100 000 световых лет в диа­ метре. Которая из них все же больше, сказать трудно