В мире науки 2004-04

22

в м и р е н а у k и

А П Р Е Л Ь 2 0 0 4

в м и р е н а у k и

23

открыт Магелланов Поток – «струя» газа,

ную корону (гораздо боЂльшую, чем

ки Магеллановых Облаков; межгалакти-

охватывающая Галактику. Он следует ор-

предполагал Спитцер), то эта корона мо-

ческая смесь газа и темного вещества.

битам Большого и Малого Магеллановых

жет отбирать газ у Магеллановых Обла-

Для того чтобы сделать выбор между ни-

Облаков – небольших галактик, обраща-

ков. Согласно обеим моделям, Магеллано-

ми, требовались новые данные.

ющихся вокруг Млечного Пути подобно

вы Облака теряют много газа, создавая

К концу ХХ в. астрономы обследовали

тому, как спутники обращаются вокруг

большинство высокоскоростных обла-

все небо в радиолинии нейтрального во-

планет. Обычно астрономы называют

ков.

дорода, позволяющей обнаруживать газ с

облаками сгустки газа или пыли, но это

В 1999 г. Лео Блитц (Leo Blitz) из Кали-

температурой около 100 К. В 1988 г. Аад

галактики из многих миллионов звезд,

форнийского университета в Беркли

Хульбош (Aad Hulbosch) из Неймегенско-

а назвали их так за внешнее сходство

предположил, что высокоскоростные

го университета и один из авторов статьи

с облаками в ночном небе. Сейчас они

облака могут располагаться на гораздо

(Ваккер) с помощью радиотелескопа

находятся на расстоянии около 150 тыс.

большем удалении, чем ранее счита-

Обсерватории Двингело в Нидерландах

световых лет от нашей Галактики – наи-

лось. Они не проносятся по окраинам

завершили обзор северного полушария

меньшем из всех, на которых они нахо-

нашей Галактики, а плывут вокруг Мест-

неба. В 2000 г. Рикардо Моррас (Ricardo

дились когда-либо за время путешествия

ной группы галактик, включающей в се-

Morras) с коллегами на радиотелескопе

по своим вытянутым орбитам.

бя кроме нашей Галактики и туманности

Вилла Элиза (Villa Elisa) в Аргентине об-

Магелланов Поток похож на цепочку

Андромеды еще 40 других небольших

следовал южное полушарие (см. рисунок

высокоскоростных облаков. Значитель-

галактик, разбросанных в объеме попе-

на стр. 25). Третий обзор опубликовали в

ная его часть движется со скоростями, не-

речником около 4 млн. световых лет.

1997 г. Дап Хартман (Dap Hartmann) и Бат-

совместимыми с вращением Галактики.

В данном случае высокоскоростные об-

лер Бартон (Butler Burton) из Лейденской

Однако ни одна из рассмотренных выше

лака должны быть остатками процесса

обсерватории. Они провели полное кар-

гипотез не объясняет этого. Согласно мо-

формирования всей группы галактик.

тирование нейтрального водорода в Гала-

дели, предложенной в 1996 г. Лансом Гар-

Подобные идеи уже выдвигались лет

ктике, включая высокоскоростные обла-

динером (Lance T. Gardiner) из южноко-

тридцать назад, но были отвергнуты, по-

ка и облака промежуточных скоростей.

рейского Университета Солнца и Луны

скольку на таких расстояниях газовые

Новые данные принесли наблюдения

и Масафуми Ногучи (Masafumi Noguchi)

облака не могут быть устойчивыми. Одна-

в видимом свете с помощью таких инст-

из японского Университета Тококу, эта

ко Блитц предположил, что высокоско-

рументов, как Wisconsin Hydrogen-Alpha

цепочка облаков является приливным по-

ростные облака – это сгустки темного ве-

Mapper (Висконсинский картировщик

током, какие наблюдаются и в окрестно-

щества, в которые включено небольшое

Ha-излучения). Хотя нейтральный водо-

стях некоторых других галактик. Около

количество газа. Массы облаков должны

род не излучает в оптическом диапазоне,

2,2 млрд. лет назад, когда Магеллановы

быть вдесятеро больше, чем предполага-

ионизованный газ на это способен,

Облака подошли близко к нашей Галакти-

ли ранее, и это позволит облакам сохра-

а внешние области высокоскоростных

ке, совместное притяжение Галактики

нитьcя. Такая гипотеза весьма привлека-

облаков как раз ионизованы ультрафио-

и Большого Магелланова Облака оторва-

тельна, поскольку устраняет одно давнее

летовым излучением Галактики и других

ло часть газа от внешней области Малого

затруднение: модели формирования га-

объектов. К тому же это излучение нагре-

Магелланова Облака. Примерно полови-

лактик предсказывают, что темного веще-

вает внешние части облаков до 8000 К.

на этого газа, замедлившись, растянулась

ства вокруг галактик должно было остать-

Яркость их видимого излучения указыва-

по орбите Магеллановых Облаков, отста-

ся больше, чем наблюдается. Высокоско-

ет интенсивность радиационного поля

вая от них, а другая половина ускорилась

ростные облака как раз и могут содержать

вокруг облака, которая, в свою очередь,

и оказалась впереди этих галактик, обра-

эту недостающую темную массу.

зависит от их расстояния до диска Гала-

зовав так называемый лидирующий ру-

ктики. Поэтому яркость видимого излу-

кав. Подобным образом газ мог отрывать-

Идет разогрев

чения может служить для оценки распо-

ся и от других галактик – спутников Млеч-

В XXI в. астрономы вошли уже с четырь-

ложения облаков.

ного Пути (см. врез на стр. 26).

мя гипотезами о природе высокоскоро-

Важнейшие сведения принесли наблю-

Другая модель объясняет рождение Ма-

стных облаков: газ, оставшийся после

дения за спектральными линиями погло-

гелланова Потока силой сопротивления.

формирования галактик; круговорот

щения высокоскоростных облаков, кото-

Если Галактика имеет очень протяжен-

газа в «галактическом фонтане»; обрыв-

рые дают информацию не об излучении

24

в м и р е н а у k и

А П Р Е Л Ь 2 0 0 4

в м и р е н а у k и

25

26

в м и р е н а у k и

А П Р Е Л Ь 2 0 0 4

АСТРОНОМИЯ

звездах малой массы. Согласно новей-

ПОТОКИ В ГАЛАКТИКЕ

шим моделям молодой Вселенной, самые

старые звезды весьма массивны. Вероят-

В основном наша Галактика хорошо перемешивается: две звезды, родив-

но, комплекс C является остатком древ-

шиеся в одном месте, позже могут оказаться в совершенно разных частях

ней Вселенной.

неба. Но в последние годы астрономы выделили группы звезд, движущихся

Брэд Гибсон (Brad Gibson) из Техноло-

совместно и образующих «звездные потоки».

гического университета Свинбурна

Предполагают, что это остатки галактик – спутников Млечного Пути, разо-

что комплекс C начал смешиваться

Об этом свидетельствует поток звезд, оторванных от карликовой сферои-

с другими облаками галактического га-

дальной галактики в Стрельце, который открыли в 1994 г. Родриго Ибата

ло, имеющими более высокую концент-

(Rodrigo Ibata) и его коллеги из Страсбургской обсерватории во Франции

рацию тяжелых элементов. Эндрю Фокс

(см. рисунок выше). Данные, полученные в ходе Слоановского цифрового

(Andrew Fox) из Висконсинского уни-

обзора неба, позволили обнаружить и другие звездные потоки. Один из них

верситета по данным об ионизованном

может быть связан с карликовой галактикой в Большом Псе, которую откры-

кислороде и других ионах показал, что

ли недавно Ибата, Николя Мартен (Nicolas Martin) и их коллеги из Страс-

газ с температурой 300 тыс. К в компле-

бургской обсерватории. За последние 2 млрд. лет эта галактика растяну-

ксе C представляет собой промежуточ-

лась в спиральное кольцо звезд, лежащее в галактической плоскости.

ную область между горячим и холодным

газами. Похоже, мы застали комплекс C

в процессе его слияния с Галактикой.

Облака с промежуточными скоростя-

звездной пыли, количество которых

Итак, получены первые прямые свиде-

ми долгое время оставались в тени более

достаточно, если окружающий газ хи-

тельства поступления свежего газа в Гала-

заметных и таинственных высокоскоро-

мически обогащен. С другой стороны,

ктику. Комплекс C приносит за год мас-

стных облаков. Астрономы измерили их

в комплексе С молекулярный водород не

су нового вещества, эквивалентную

состав, и оказалось, что он соответствует

обнаружен. Таким образом, облака с про-

0,1–0,2 массы Солнца, а комплекс A –

диску Галактики. Кроме того, выяснилось,

межуточными скоростями представляют

вдвое меньше, что в сумме составляет от

что они находятся на расстоянии около

внутренний газ Галактики, тогда как

10 до 20% общей массы, необходимой

4 тыс. световых лет от диска, т.е. там, где

высокоскоростные облака – первичный

для разбавления галактического газа

и должны действовать «фонтаны». Итак,

газ, поступающий издалека.

и объяснения химического состава

облака с промежуточными скоростями,

Что же касается Магелланова Потока,

звезд. Остальную массу могут постав-

а не высокоскоростные, представляют со-

то, как минимум, одно высокоскорост-

лять другие высокоскоростные облака.

бой возвратные потоки «фонтанов».

ное облако представляется обрывком

Правда, остается неясным, служат ли

Подтверждением тому стали молекулы

этого течения и находится в головной ее

первичным источником этого газа ос-

водорода, найденные в облаках с проме-

части. При этом по составу оно близко

татки гало, глубокое межгалактическое

жуточными скоростями. Для формиро-

к Малому Магелланову Облаку, как уста-

пространство или карликовая галакти-

вания молекул требуются частицы меж-

новили в 1998 г. Лимин Лю (Limin Lu)

ка, поглощаемая нашей Галактикой.

Различное происхождение

ОБ АВТОРАХ:

Полученные данные исключают 3 из 4

Барт Ваккер (Bart P. Wakker) и Филипп Рихтер (Philipp Richter) – астрономы, в основ-

гипотез о происхождении комплексов A

и C. Идея о «фонтане» подразумевает, что

ном наблюдающие в ультрафиолетовом и радиодиапазонах спектра. Ваккер

облака зародились в диске Галактики и по

заинтересовался астрономией после полета «Аполлона 8» к Луне. Диссертацию

составу близки к Солнцу, а это не так.

по высокоскоростным облакам он написал в Гронингенском университете (Ни-

Гипотеза о Магеллановом Потоке невер-

дерланды), после чего проработал 5 лет в Иллинойском университет, а в 1995 г.

но предсказывает содержание тяжелых

перешел в Висконсинский университет. Рихтер получил докторскую степень

элементов. Наконец, предположение

в Боннском университете (Германия), где исследовал диффузный молекулярный

о темном веществе отпадает, поскольку

газ в Магеллановых Облаках и гало нашей Галактики. В 1999 г. он занял должность

высокоскоростные облака находятся не

в Висконсинском университете, где вместе с Ваккером занялся изучением высо-

в межгалактическом пространстве.

коскоростных облаков. В 2002 г. Рихтер переехал в Италию для работы в Астрофи-

зической обсерватории Арчетри во Флоренции, а недавно вернулся в Бонн.

в м и р е н а у k и

27

28

в м и р е н а у k и

А П Р Е Л Ь 2 0 0 4

АСТРОНОМИЯ

и его коллеги из Висконсинского уни-

рального водорода. Массы облаков мо-

тик, образуя резервуар, из которого

верситета. Какова бы ни была сила, ото-

гут составлять порядка 10 млн. масс

наша Галактика может черпать газ для

рвавшая Поток от Малого Магелланова

Солнца, и они должны не плавать сквозь

формирования новых звезд.

Облака, она его ускорила. Сила сопроти-

Местную группу, а находиться в пре-

Высокоскоростные облака, окружаю-

вления не могла ускорить газ, это способ-

делах полумиллиона

световых лет

щие Млечный Путь, напоминают, что мы

на сделать только приливная сила. Итак,

от ее главных галактик.

живем в звездной системе, которая про-

открытие группы Лю ответило на вопрос

Маловероятно, что облака нейтраль-

должает формироваться и эволюциони-

о происхождении Магелланова Потока.

ного газа разбросаны по Местной груп-

ровать. Вначале наша Галактика была ок-

Однако и сила сопротивления прояв-

пе, но облака другого типа могут в ней

ружена множеством меньших галактик-

ляет себя. Спутник FUSE обнаружил

присутствовать. По линиям ионизован-

спутников и огромным количеством

высокоионизированный кислород, свя-

ного кислорода спутник FUSE нашел

газа. В течение нескольких миллиардов

занный с Магеллановым Потоком, а это

высокоскоростное облако, не содержа-

лет она вобрала в себя большинство

указывает на то, что он окружен горя-

щее нейтрального газа. Тодд Трипп (Todd

малых галактик. Одновременно Галакти-

чим газом. Следовательно, галактиче-

M. Tripp) из Принстонского университе-

ка выбрасывает газ, обогащенный тяже-

ская корона простирается гораздо даль-

та обнаружил подобные облака в других

лыми элементами, в свое гало, а возмож-

ше, чем предполагал Спитцер, – не на

областях Вселенной. Из такого горячего

но, и в межгалактическое пространство.

тысячи, а на сотни тысяч световых лет.

газа могут состоять рукава, протянувши-

В ближайшие 10 млрд. лет Млечный

Плотность этой короны недостаточна,

еся в межгалактическом пространстве

Путь поглотит еще больше галактик-

чтобы срывать газ с Магеллановых Об-

и возникающие при

моделировании

спутников, образуя звездные потоки.

лаков, но после отрыва газа приливной

крупномасштабной эволюции Вселен-

Наша Галактика движется к столкнове-

силой трение о корону замедляет его,

ной (см. Эван Сканнапьеко, Патрик Пти-

нию с туманностью Андромеды. Неизве-

заставляя медленно падать в Галактику.

жан и Том Броудхерст, «Абсолютная пус-

стно, как будет выглядеть Млечный Путь

Подобным образом гипотеза о темном

тота», «В мире науки», №2, 2003). Полная

в далеком будущем, но мы знаем, что его

веществе хотя и не объясняет природы

масса вещества в этих структурах может

формирование еще не завершено.

комплексов A и C, может «вписаться»

превышать суммарную массу всех галак-

в более широкую схему. Блитц ожи-

дал, что межгалактические высоко-

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА:

скоростные облака имеют массы от 10

до 100 млн. масс Солнца. Однако в сосед-

НА АНГЛИЙСКОМ ЯЗЫКЕ

них группах галактик, подобных Мест-

• High-Velocity Clouds. Bart P. Wakker and Hugo van Woerden in Annular Review of Astronomy and Astrophysics,

ной группе, такие облака не обнаружены,

Vol. 35, pages 217–266; September 1997.

хотя чувствительности

современных

• A Confirmed Location in the Galactic Halo for the High-Velocity Cloud «Chain A.» Hugo van Woerden, Ulrich J.

приборов для этого достаточно. Кроме

Schwarz, Reynier F. Peletier, Bart P. Wakker and Peter M.W. Kalberla in Nature, Vol. 400, pages 138–141; July 8, 1999.

того, согласно гипотезе Блитца, видимое

Доступно на: arXiv.org/abs/astro-ph/9907107

излучение высокоскоростных облаков

• Accretion of Low-Metallicity Gas by the Milky Way. Bart P. Wakker, J. Chris Howk, Blair D. Savage, Hugo van Woerden,

должно быть крайне слабым, однако

Steve R. Tufte, Ulrich J. Schwarz, Robert Benjamin, Ronald J. Reynolds, Reynier F. Peletier and Peter M.W. Kalberla in

во всех случаях, когда его искали, оно об-

Nature, Vol. 402, No.6760; pages 388–390; November 25, 1999.

наруживалось. Расчеты

показывают:

• The Formation and Evolution of the Milky Way. Cristina Chiappini in American Scientist, Vol. 89, No.6, pages

если высокоскоростные облака очень

506–515; November-December 2001.

далеки, то они должны быть либо полно-

• A Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer Survey of Molecular Hydrogen in Intermadiate-Velocity Clouds in the Milky

стью ионизованы, либо очень массивны,

Way Halo. P. Richter,. B.P. Wakker, B.D. Savage and K.R. Sembach in Astrophysical Journal, Vol. 586, No.1, pages

но ни то, ни другое не подтверждается

230–248; March 20, 2003. Доступно на: arXiv.org/abs/astro-ph/0211356

наблюдениями. Итак, высокоскоростные

• Highly Ionized High-Velocity Gas in the Vicinity of the Galaxy. K.R. Sembach, B.P. Wakker, B.D. Savage, P. Richter,

облака не могут быть гипотетическими

M. Meade, J.M. Shull, E.B. Jenkins, G. Sonneborn and H.W. Moos in Astrophysical Journal, Supplement Series, Vol.

облаками темного вещества.

146, No.1, pages 165–208; May 2003. Доступно на: arXiv.org/abs/astro-ph/0207562

Роберт Браун (Robert Braun) из Обсер-

НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ

ватории Двингело и Батлер Бартон (But-

• Бочкарев Н.Г. Основы физики межзвездной среды. М.: 1992.

ler Burton) с Винсентом де Хейем (Vin-

• Воронцов-Вельяминов Б.А. Внегалактическая астрономия. М.: 1978.

cent de Heij) из Лейдена предположили,

• Ефремов Ю.Н. Вглубь Вселенной. М.: 2003.

что наша Галактика и туманность

• Каплан С.А., Пикельнер С.Б. Физика межзвездной среды. М.: 1979.

Андромеды окружены

несколькими

• Лозинская Т.А. Сверхновые звезды и звездный ветер: взаимодействие с газом Галактики. М.: 1986.

сотнями небольших облаков, состоя-

• Марочник Л.С., Сучков А.А. Галактика. М.: 1984.

щих в основном из темного вещества

• Новиков И.Д. Эволюция Вселенной. М.: 1990.

и ионизованного газа с примесью нейт-

• Сурдин В.Г. Рождение звезд. М.: 2001.

в м и р е н а у k и

29