6.3. Происхождение спиральных рукавов

Отличительной особенностью спиральных галактик являются их спиральные рукава, состоящие из очень ярких и молодых звёзд. Наверное, многие, увидев фотографии спиральных галактик, задумываются, почему их рукава не разрушаются при вращении галактики. Ведь все звёзды галактики движутся вокруг её центра, и скорость их движения зависит от расстояния до него. Поэтому скорость вращения звёзд, расположенных в разных частях рукавов, должна быть разной и, следовательно, рукава, сделав несколько оборотов вокруг центра галактики, должны распасться на отдельные части (рис. 24).

Было выдвинуто немало гипотез, чтобы объяснить устойчивость спиральных рукавов, но все они столкнулись с теми или иными трудностями и так и остались неразработанными. И до сих пор не существует более-менее правдоподобной теории происхождения спиральных рукавов. Необходимо уточнить, что объяснить происхождение спиральных рукавов очень трудно в рамках первого сценария образования галактик и совсем нетрудно – в рамках второго. Рассмотрим движение рукавов в какой-нибудь галактики (рис. 24, а).

Слабо закрученные спиральные рукава

Сильно закрученные спиральные рукава

Не закрученные спиральные рукава

Рис. 24,а Рис. 24,б Рис. 24,в

Угловая скорость вращения звёзд, находящихся в разных частях рукава, разная. Чем дальше находится звезда от центра галактики, тем меньше её угловая скорость. Конкретный вид этой зависимости зависит от распределения массы внутри галактики. Но одно можно сказать наверняка: с течением времени спиральные рукава будут закручиваться всё сильнее и сильнее, пока полностью не растворятся среди звёзд галактического диска (рис. 24,б,в). Значит, время «жизни» спиральных рукавов составляет несколько (не более десяти) оборотов галактического диска, то есть 1-2 миллиарда лет. Таким образом, время жизни спиральных рукавов составляет небольшую часть от возраста галактики, и, следовательно, спиральные рукава время от времени как-то образуются.

На рисунках 24,а-в показано, как спиральные рукава будут закручиваться с течением времени. А что если повернуть время вспять? В этом случае рукава, очевидно, будут раскручиваться. И сразу же становится ясно происхождение рукавов. Вещество, образующее спиральные рукава, по-видимому, было выброшено из ядра галактики, что противоречит первому сценарию образования галактик и соответствует второму.

Рассмотрим этот процесс. В очень компактном, быстро вращающемся массивном ядре время от времени происходят взрывные процессы, и в результате вещество выбрасывается в окружающее пространство. В настоящее время эти взрывы не такие мощные, как в далёком прошлом, когда ядра галактик были гораздо более массивными, и поэтому вещество из-за быстрого вращения ядра выбрасывается преимущественно в направлении галактической плоскости.

Как будет двигаться вещество, выброшенное из ядра? Если его скорость мала, то оно может упасть обратно в ядро. Если велика, то вылетит за пределы галактики. А если скорость больше первой космической скорости, но меньше второй космической? На первый взгляд может показаться, что в этом случае вещество также упадёт обратно на ядро. Но это не так. Если бы вещество, выброшенное из ядра, двигалось в пустом пространстве, то, очертив замкнутую кривую, оно, действительно, снова упало бы в ядро. Но вещество движется не в пустом пространстве, а внутри быстро вращающегося галактического диска. Звёзды галактического диска, вращаясь, немного увлекают за собой выброшенное из ядра вещество, придавая ему дополнительный момент импульса. А, получив момент импульса, вещество уже не сможет не только упасть в ядро, но и даже достаточно близко подлететь к нему. Постепенно из выброшенного вещества формируются звёзды. С этой точки зрения становится ясно, почему все звёзды в спиральных рукавах молодые и яркие.