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

друга. Они обычно искажены и окутаны общим светя­ щимся туманом, состоящим из звезд. В некоторых «гнездах», открытых нами и позднее исследованных в США большими телескопами, обнаружены массы газа, а скорости «птенцов» в «гнездах» оказались близкими друг к другу. Это подтверждает их реальную взаимную близость в пространстве и то, что они возникли совме­ стно, а не сблизились случайно и на время.

Автором были открыты и цепочки галактик в виде бусинок, нанизанных на нитку. Известный английский астрофизик-теоретик Хойл вместе с Харвитом пришел недавно к выводу, что перемычки между галактиками должны за миллион лет (т. е. «быстро», по космиче­ ским понятиям) распасться на такие цепочки, состоящие из карликовых галактик. Это вызывает сомнение, так как спрашивается: куда же делись те большие галакти­ ки, между которыми существовала перемычка? Их не видно.

Частое существование хвостов при отсутствии пере­ мычек наводит на мысль, нет ли иногда между галак­ тиками каких-то сил отталкивания, порождающих обра­ зование этих хвостов.

Во всяком случае многообразие явлений, обнаружен­ ных при изучении взаимодействующих галактик, их мно­ гочисленность и разнообразие показывают, что здесь мы впервые встречаемся с качественно новыми явления­ ми. Перед нами раскрывается совершенно новый круг явлений и наряду с тяготением выступают другие фак­ торы, определяющие форму и взаимодействие галактик.

Каковы свойства галактик, каким законам подчиня­ ются эти чудовищно большие системы, состоящие из множества звезд, разделенных колоссальными расстоя­ ниями? Чтобы узнать это, придется еще много и долго

150

трудиться, ибо наблюдаемая картина мира галактик — это как бы моментальная фотография их состояния. Из­ менения этого состояния могут проявиться в заметной форме только по прошествии многих миллионов лет.

Не следует удивляться тому, что, идя по лестнице восходящих размеров систем, изучаемых человеком, мы приходим к выводу, что для объяснения мира галактик теории тяготения недостаточно. Галактики нельзя рас­ сматривать просто как собрания гравитирующих точек. По-видимому, колоссальные собрания звезд в галакти­ ках и масштабы системы вызвали качественные отличия этих систем от тех, где закон тяготения был открыт и проверен. А проверен он только в солнечной системе и в системах двойных звезд, где перемещения тел наблю­ даются за достаточно короткие сроки. Спускаясь по ле­ стнице размеров систем, мы встречаем границу приме­ нимости закона тяготения.

Мы находим среди малых систем молекулярные си­ лы. Среди еще меньших систем встречаются межатом­ ные взаимодействия, квантовые законы. Ядерные силы нельзя было предугадать, зная силу всемирного тяготения или силы упругости и трения. По своим размерам моле­ кулы и атомы гораздо ближе к размерам человека, чем размеры галактик и их скоплений. Поэтому уже зара­ нее можно было быть готовым к тому, что где-то в пре­ делах наблюдаемости есть и верхняя граница примени­ мости, а тем более главенства закона тяготения. По-ви­ димому, в мире галактик мы уже встречаемся с такими принципиально новыми соотношениями в природе, с по­ добными которым по своей новизне мы уже давно встре­ тились в области строения вещества.

Теоретические представления о звездных системах мы создаем, перенося на них модели и теории, построенные

151

и оправданные для опытов в масштабах земных физи­ ческих лабораторий. Например, звезды уподобляют ато­ мам грза, а галактики, наоборот, жидким фигурам и т. д.

За последнее время стала забываться та особенность Метагалактики, которая получает все больше под­ тверждений. С одной стороны, Метагалактика состоит из «островных вселенных», изолированных друг от дру­ га, а с другой стороны, галактики часто соприкасаются друг с другом и даже проникают друг в друга. Напри­ мер, в водородное, хотя и очень разреженное, облако погружены не только Магеллановы Облака, но и наша Галактика. Пространство между галактиками оказы­ вается все больше и больше заполнено звездами, газом и пылыо. Кроме того, оно, как губка водой, пропитано пронизывающей его лучистой энергией и космическими лучами. Итак, Метагалактика является сплошной сре­ дой, в которой галактики являются лишь сгущениями.

В физике подобные системы неизвестны и неизвестно, насколько к Метагалактике применимы модели и за­ коны, взятые из лаборатории.

Диффузная материя в галактиках. Галактики Сейферта и Лро

В спиральных галактиках, повернутых к нам реб­ ром, заметен экваториальный слой космической пыли в виде темной полосы. По нашему исследованию в раз­

152

внутренней или внешней стороне. Иногда пылевая ма­ терия тянется вдоль бара галактики (см. Приложение,

рис. 38).

Комплексы светлых диффузных туманностей видны даже в довольно далеких спиральных и неправильных галактиках, имеющих много горячих звезд и их скоп­ лений. Такие галактики очень клочковаты. В некото­ рых ближайших ^галактиках, как МЗЗ в Треугольнике, М31 в Андромеде, в Магеллановых облаках, видны даже отдельные диффузные туманности. В Большом Магеллановом Облаке есть гигантский комплекс газо­ вых туманностей, окутывающий огромное скопление горячих гигантов. Туманность называют «Тарантул», а подобные гигантские комплексы горячих звезд и газа В. А. Амбарцумян называет сверхассоциациями. Если бы туманность Тарантул находилась на месте туманно­ сти Ориона, предметы на Земле, освещенные ею, от­ брасывали бы тени.

В М31 открыто несколько сот диффузных туманно­ стей и изучено их расположение, обрисовывающее спи­ ральные ветви, но не вполне совпадающее со звездны­ ми ветвями. Их надежнее обнаружить (когда они малы из-за дальности расстояния) по снимкам в лучах Н« (через красный светофильтр). Такими эмиссионными сгустками пользуются для изучения вращения перифе­ рических частей галактик, звездный спектр которых слишком слаб для его регистрации, тогда как яркие линии туманностей регистрируются легче.

В интегральном спектре многих галактик видны ли­ нии Нс, и 3727-29 [ОН], создаваемые суммарным светом входящих в них туманностей. Когда яркая линия Н а

153

видна на всем протяжении галактики, ею пользуются для изучения вращения этой системы. Статистика пока­ зывает, что, чем более ранними являются типы галак­ тик, т. е. чем меньше в них горячих гигантов, тем реже видны в их спектрах яркие линии. В эллиптических галактиках газа практически нет. Радионаблюдения по­ зволяют обнаруживать тепловое излучение ионизиро­ ванного водорода в ближайших галактиках и линию А, = 21 см нейтрального водорода и даже определять его скорость в разных местах, устанавливая отсюда враще­ ние этих звездных систем.

Путем радионаблюдений обнаружили, что оба Ма­ геллановы Облака погружены в общую водородную массу гораздо большего размера, чем они сами. Веро­ ятно, то же имеет место и для других кратных галак­ тик. Согласно статистике полная масса.газа составляет такой процент от общей массы галактик разных типов: неправильные— 17%; Sc — 8%; Sb — 1% (наша Галак­ тика относится к типу Sb или ,Sc).

В других галактиках планетарные туманности с до­ стоверностью еще не обнаружены. 2—3 маленькие ту­ манности в М31 и несколько десятков их в Магеллано­ вых Облаках считают планетарными. В пользу этого говорят малые размеры туманностей и повышенная их ионизация. Их абсолютная величина, однако, высока, порядка —3.

Определение отношения количества водорода к ко­ личеству гелия в туманностях других галактик показало, что оно такое же, как в нашей Галактике, так что про­ порция разных химических элементов в разных местах Метагалактики, по-видимому, одна и та же.

В 1943 г. Сейферт (США) открыл около десятка довольно ярких спиральных галактик с очень малыми,.

154

звездообразными ядрами, спектры которых необычны (см. Приложение, рис. 37). В них есть яркие линии во­ дорода, гелия и ионизированных газов, как в планетар­ ных туманностях. Линии эти крайне широки и говорят об истечении газов из ядра со скоростью до4000км/сек\ Еще поразительнее то, что в некоторых галактиках Сей­ ферта запрещенные линии уже, чем водородные, т. е. обусловлены гораздо меньшей скоростью газа. Это го­ ворит о существовании в ядре двух зон. В одной из них плотность велика, вследствие чего не возникают запре­ щенные линии и скорости газа велики. В другой зоне плотность мала и скорости истечения газа наружу

меньше.

Анализ спектров, сделанный Э. А. Дибаем, В. И. Проником и автором книги, показал, что масса светящегося газа в таких ядрах доходит до десятков миллионов масс Солнца, а его кинетическая энергия —

до 1055 эрг\

При огромных скоростях газ из ядра не только не­ прерывно течет во внешние области этих галактик, но и вытекает из них в межгалактическое пространство и рассеивается в немКакие процессы порождают эти огромные массы газа, что приводит их в свечение и в движение с чудовищной скоростью, каково строение этих звездообразных ядер, откуда берутся газ и его по­ трясающая энергия,— все это еще довольно неясно. Ясно только, что возникновение таких процессов в галакти­ ках Сейферта началось недавно и что они родственны взрывным явлениям, но не представляют кратковремен­ ного взрыва. Это катастрофы, растянутые на миллио­ ны (но не на миллиарды) лет.

Оказалось, что две из галактик Сейферта имеют ра­ диоизлучение, повышенное против нормы для спираль­

155

ных галактик. У NGC 1068 оно повышено немного — в десятки раз, а у NGC 1275 — Персей-А, являющейся главным членом скопления галактик в Персее, оно мно­ го выше. При этом радиоисточник в NGC 1068 точеч­ ный, совпадает с ее ядром, а у NGC 1275 гораздо боль­ шего размера и окружен радиоореолом много большим, чем оптически видимая галактика.

В 1957 г. Аро (Мексика) открыл десятки довольно слабых голубоватых галактик. К сожалению, они еще очень мало изучены. Пока о них можно сказать лишь сле­ дующее. Некоторые из них являются более или менее обычными спиральными или неправильными галактика­ ми, содержащими много горячих звезд и газа, отчего по­ следний и светится так ярко, что дает в спектре свои ли­ нии (см. Приложение, рис. 39). При этом голубоватость

о

цвета обусловлена яркостью линии Л = 3727 А[ОП].

В других галактиках Аро с неясной структурой го­ лубизна, может быть, происходит от наличия синхротронного излучения. В их ядрах видны громадные об­ лака светящегося водорода. Однако в галактиках Аро, в которых нет повышенного радиоизлучения, линии спектра узкие. Родственны ли они галактикам Сейфер­ та, пока неизвестно.

метное радиоизлучение в непрерывном спектре. Нейт­ ральный водород излучает в линии с длиной волны 21 см. Облака нейтрального и ионизированного водо­ рода, концентрирующегося к плоскости Галактики, в сво­ ей совокупности дают и то и другое излучение в полосе

156

Млечного Пути. Все это обусловливает суммарное ра­ диоизлучение нашей Галактики. Однако, кроме такого излучения, определяемого температурой газа, в Млеч­ ном Пути и дальше от него наблюдается радиоизлуче­ ние и другого происхождения — нетепловое синхротрон-

излучают приходящее к нам радиоизлучение, растущее пропорционально' их видимой суммарной яркости. Эл­ липтические галактики и галактики типа SO, которые не содержат газа, пыли и звезд-сверхгигантов или со­ держат их очень мало, совсем не обнаруживают радио­ излучения. Отношение излучения в радиодиапазоне к из­ лучению в оптическом, диапазоне растет от неправиль­

ных галактик к спиралям типов Sb и Sc.

Пояс ярких галактик, образующих сверхсистему Вокулера, дает такой же пояс слабого радиоизлучения.

Постепенно выяснилось, что наряду с тем, что боль­ шинство галактик имеет нормальное слабое радиоизлу­ чение, существуют так называемые радиогалактики, из­ лучающие в радиодиапазоне аномально сильно. Мощ­ ность радиоизлучения характеризуют радиоиндексом —

3 и у обычных спиральных галактик около 1. Чем она ал­ гебраически меньше, тем радиоизлучение мощнее.

Самая мощная радиогалактика — это Лебедь-А. Ее радиоиндекс составляет —13! Дева-А имеет пгр

157

= —6. У других радиогалактик эта величина колеблет­ ся от —13 до —4. Одна из ярчайших эллиптических га­

ее центра видна по радиусу небольшая узловатая по­ лоска. Ее называют «выбросом из ядра», хотя ядра, подобного тому, какое наблюдается у М31, у нее нет, и «выброс» является лишь предположением. Свет в «вы­ бросе» обнаруживает поляризацию, но не такую, какая ожидалась, если бы он состоял из электронов большой энергии — источников синхротронного излучения.

Яркая NGC 5128, отождествленная с радиоисточни­ ком Центавр-А, похожа на эллиптическую галактику, но небывалым образом пересечена чрезвычайно широ­ кой и мощной темной полосой. В ней есть заметное из­ лучение ионизированного газа, редкое для эллиптиче­ ских туманностей (см. Приложение, рис. 40).

Отождествление большинства мощных радиоисточ­ ников с галактиками, однако, очень трудно. Лебедь-А оказалась крайне слабой и далекой галактикой 16-й звездной величины, видимой на фотографиях как ма­ ленькое пятнышко. Из огромного числа найденных ра­ диоисточников с оптически видимыми галактиками уда­ лось отождествить лишь очень немногие. Вероятно, большинство этих радиоисточников вне Млечного Пути являются столь далекими галактиками, что они еще не­ доступны даже наибольшему из современных телеско­ пов. Таким образом, радиотелескопы проникли во Все­ ленную дальше, чем оптические телескопы.

Отождествление мощных радиоисточников с некото­ рыми галактиками выявило массу неожиданных явле­ ний. Так, выяснилось, что сильными радиоисточниками бывают и такие галактики, в частности эллиптические,

158

которые пока по крайней мере нельзя отличить по виду от самых обычных галактик. Среди них довольно часто оказывались двойные галактики (рис10). До^ сих пор неизвестно, связано ли радиоизлучение с этой двойст­ венностью или же радиоисточником является один из компонентов пары независимо от существования другого.

Для большинства известных радиогалактик установ­ лено, что они являются сверхгигантами с абсолютной величиной около — 22. Обратимся еще к некоторым из

наиболее знаменитых из них.

Структура радиоисточника Лебедь-А, самого мощ­ ного, из-за дальности видна плохо. В его спектре не­ обычайно ярки линии газовых туманностей. Американ­ ские ученые, обнаружившие радиоисточник, заключили вначале, что это две галактики, столкнувшиеся с огром­ ной скоростью. Столкновение содержащихся в каждой галактике газов привело к их нагреванию и свечению, сопровождающемуся мощным радиоизлучением. Что же касается звезд, то расстояния между ними так велики, что галактики могут пройти одна сквозь другую так, что не произойдет никакого столкновения между вхо­

дящими в их состав звездами.

С Лебедем-А сходна по виду и радиогалактика NGC 1316. Позднее обнаружилось, что радиоизлучение Лебедя-А исходит в основном из двух областей, распо­ ложенных по обе стороны от оптически видимой галак­ тики, а 'вся радиоизлучающая область по протяжению в 4 раза больше, чем видимая часть галактики. В обла­ сти самой галактики радиоизлучение слабее.

Через несколько лет выяснилось, что среди радиогалактик часто встречается такое же явление: область радиоизлучения по размерам сильно превышает види­ мые размеры галактики, и по обе стороны от нее есть

159