5.10. Происхождение эллиптических галактик

Все галактики (за исключением немногочисленных неправильных галактик) делятся на два ярко выраженных вида – спиральные и эллиптические. И одна из основных задач космологии – объяснить происхождение этих видов. Постараемся решить эту проблему в рамках теории взрывающейся Вселенной.

Рассмотрим вращающийся массивный объект, состоящий из сверхплотного нейтронного вещества – зародыша будущей галактики. В какую галактику он превратится, в эллиптическую или спиральную?

Предположим, что этот объект вращается настолько медленно, что его вращением можно пренебречь. Спустя некоторое время из-за увеличения постоянной Планка, вызванного расширением Вселенной, начнёт взрываться нейтронное вещество, находящееся на его внешней оболочке. Пусть для определённости это произойдёт через 100 миллионов лет (рис. 20,а).

б

а

Рис. 20. Медленно вращающийся сверхплотный и сверхмассивный объект спустя 100 миллионов лет после начала расширения Вселенной (число условное) начинает взрываться и выбрасывает внешнюю оболочку в виде кусков сверхплотного вещества в окружающее пространство (а).

Если сверхплотный объект быстро вращается, то ещё раньше его внешняя оболочка, содержащая значительную часть момента импульса, будет вынуждена рассеяться в виде газа в окружающее пространство (б).

Теперь предположим, что есть второй точно такой же объект, который, в отличие от первого объекта, очень быстро вращается вокруг своей оси. Через некоторое время увеличение постоянной Планка приведёт к тому, что огромный момент импульса, которым обладает этот объект, будет «невозможно удержать» в маленьком объёме (см. параграф 4.7). Как результат, внешняя оболочка объекта, содержащая значительную часть момента импульса, будет рассеяна в окружающем пространстве. Пусть для определённости это произойдёт через 30 миллионов лет (рис. 20,б).

Таким образом, дальнейшая судьба сверхплотного объекта зависит от того, по какой причине он выбросит свою внешнюю оболочку в окружающее пространство: из-за взрыва нейтронного вещества или из-за невозможности удержать большой момент импульса в малом объёме. И здесь возможно несколько вариантов.

Если объект, перед тем, как выбросить в окружающее пространство куски сверхплотного вещества, вращался с очень незначительной скоростью, то выброшенные им куски будут разлетаться равномерно во все стороны. Впоследствии эти куски распадутся на звёзды и газ, и в результате сформируется эллиптическая галактика класса Е0, то есть имеющая форму шара. Процесс образования эллиптической галактики очень похож на процесс образования сферической составляющей (гало) у спиральной галактики (см. параграф 5.7).

Если же объект, перед тем, как выбросить в окружающее пространство куски сверхплотного вещества, вращался достаточно быстро, то объём, по которому разлетятся выброшенные им куски, растянется в направлении плоскости вращения (см. рис. 15). Чем больше скорость вращения объекта перед взрывом, тем сильнее будет растянута образовавшаяся из него эллиптическая галактика в своей экваториальной плоскости. В результате, в зависимости от скорости вращения может образоваться эллиптическая галактика класса от Е1 до Е7.

И, наконец, если объект вращался «слишком» быстро, то ещё прежде, чем начнёт взрываться нейтронное вещество, внешняя оболочка объекта, содержащая бóльшую часть момента импульса и значительную часть массы, будет рассеяна в окружающем пространстве. Впоследствии, под действием гравитационных сил из неё сформируется достаточно тонкий, быстро вращающийся диск, и в результате возникнет спиральная галактика (см. параграф 5.6).

Взрывная гипотеза происхождения галактик естественным образом объясняет существование двух видов галактик, и, кроме того, достаточно просто объясняет наличие сферической или эллиптической составляющей у спиральных галактик. С новой точки зрения сферическая или эллиптическая составляющая у спиральных галактик образуются точно так же, как и обычная эллиптическая галактика.

В современной космологии предполагается, что эллиптические галактики образуются в результате гравитационного сжатия разреженных газовых масс. Согласно этой точке зрения существование различных классов эллиптических галактик объясняется так. Если гигантское газовое облако – прародитель будущей галактики – обладало нулевым моментом импульса, то из него образуется эллиптическая галактика класса Е0. Если момент импульса газового облака был отличен от нуля, то из него образуется эллиптическая галактика класса от Е1 до Е7. При этом, чем бóльшим моментом импульса обладало газовое облако, тем сильнее сплюснута образовавшаяся из него эллиптическая галактика.

Но как оказалось, это на первый взгляд вполне правдоподобное объяснение совершенно не соответствует действительности. Астрономические наблюдения, выполненные в последней четверти двадцатого века, показали, что эллиптические галактики в целом практически не вращаются. То есть полный момент импульса и у галактик класса Е0 и у галактик класса Е4, и даже у максимально сплюснутых эллиптических галактик класса Е7 близок к нулю. А очень медленное вращение, которое наблюдается у некоторых эллиптических галактик, никак не может быть причиной их сильно сплюснутой формы. Вот что пишет об этом П. Ходж в книге «Галактики» [170,с.60]:

До последнего времени астрономы считали, что совершенно круглые эллиптические галактики состоят из совершенно изотропно движущихся звёзд без общего вращения и с совершенно сферическим распределением скоростей вблизи центра. С другой стороны, считалось, что более уплощённые на вид эллиптические галактики медленно вращаются, и это вращение придало им форму летающей тарелки. Однако, к великому удивлению создателей моделей, первые измерения вращения в 70-х годах показали почти полное отсутствие вращения у многих сплющенных эллиптических галактик. У некоторых наблюдается медленное постепенное вращательное движение, но нигде оно не было достаточным для объяснения уплощённой формы.

Эта «загадка» эллиптических галактик легко объяснима в рамках взрывной гипотезы. Как уже отмечалось выше, класс эллиптической галактики зависит от скорости вращения сверхплотного объекта в момент его взрыва. Если эта скорость достаточно высока, то образуется максимально сплюснутая эллиптическая галактика класса Е7. Но как бы высока ни была скорость вращения сверхплотного объекта, его полный момент импульса всё равно будет очень мал, потому что очень мал его радиус (а если бы этот объект обладал значительным моментом импульса, то ещё прежде чем взорваться, он выбросил бы в окружающее пространство свои внешние оболочки, содержащие бóльшую часть момента импульса, и из него в дальнейшем образовалась бы спиральная галактика). И именно поэтому даже максимально сплюснутая эллиптическая галактика класса Е7 обладает очень небольшим моментом импульса.

У эллиптических галактик также существует интересная особенность, связанная с их распределением в пространстве [137,с.159]:

К тому же эллиптические галактики распределены в пространстве по-особому, а именно их находят главным образом в областях высокой плотности, таких, как ядра богатых скоплений, тогда как линзовидные галактики преимущественно находятся в областях средней плотности, а спиральные галактики – в областях, где плотность низка.

То есть эллиптические галактики расположены в основном в центральных областях крупных скоплений галактик, а спиральные – на окраинах. Почему? В рамках общепринятого сценария образования галактик нет удовлетворительного ответа на этот вопрос. И даже не ясно, каким бы мог быть этот ответ. Ведь если галактика образуется в результате сжатия газового облака, то какая разница, где происходит этот процесс: в центре крупного скопления галактик или на его окраине?

Согласно взрывной гипотезе происхождения галактик эта особенность в распределении галактик объясняется просто. Спиральная галактика образуется из быстро вращающегося ядра, а эллиптическая – из медленно вращающегося. А эти ядра, в свою очередь, были выброшены из ещё более массивного сверхплотного объекта – зародыша крупного скопления галактик, который когда-то давно находился в центре этого скопления. И, в среднем, чем бóльшую скорость получало выброшенное ядро, тем быстрее оно вращалось вокруг своей оси. И именно поэтому спиральные галактики находятся, как правило, вдали от центров крупных скоплений, а эллиптические – вблизи.