Вселенная. Вопросов больше, чем ответов — страница 41 из 72

Помочь разобраться могут только статистические методы. Для простоты предположим, что все эллиптические галактики во Вселенной принадлежат к типу Е7, а ориентация их к наблю­дателю случайна. Не составит большого труда вычислить, какой процент эллиптических галактик при данном предположении мы увидим как Ео, El и т. д. Классифицировав несколько со­тен (чем больше, тем лучше) Е-галактик по их внешнему виду, мы неизбежно придем к выводу: малосплюснутые и вообще не сплюснутые эллиптические галактики существуют на самом деле, а не только вследствие «удачного» расположения наблю­дателя.

Диапазон масс Е-галактик огромен: от ю⁵ до ю¹³ масс Солнца. Упомянутая выше галактика NGC6166, чья масса оценивается

233

в 1,4 х ю¹³ (14 триллионов!) масс Солнца, является эллиптиче­ской. Будь эта галактика спиральной, ее и без того колоссальная светимость была бы еще выше!

Факт есть факт: эллиптические галактики светят минимум на порядок тусклее, чем равные им по массе спиральные и непра­вильные системы. В чем причина такой «несправедливости»?

В возрасте звездного населения. В эллиптических галактиках практически нет газа, и уже очень давно. Новым звездам про­сто не из чего образовываться. Звезды эллиптических галактик очень стары — большинству из них свыше ю млрд лет. Это зна­чит, что яркие, массивные звезды в эллиптических галактиках уже давно «выгорели», превратившись либо в черные дыры, либо в нейтронные звезды, либо в белые карлики, а остались лишь звезды с массами порядка солнечной и ниже. Вспомним, что светимость звезды зависит от ее массы резко нелинейно, т. е. звезд в Е-галактиках может быть много, но это тусклые звезды. Вдобавок подавляющая часть их относится к субкарли­кам, а мы помним, что они «при прочих равных» светят слабее. Эллиптическим галактикам приходится «расплачиваться» сла­бой светимостью за бурное звездообразование в начале их жиз­ни, не оставившее свободного газа.

Впрочем, бывают исключения. Если эллиптическая галак­тика наберет откуда-нибудь газа, (например, при столкновении с другой, богатой газом, галактикой), то звездообразование в ней может возобновиться. Такова, например, галактика NGC205 (Мно), являющаяся спутником Туманности Андромеды (рис. 21, цв. вклейка). В NGC205 есть небольшое количество бело-голубых звезд, явно молодых. Этого достаточно, чтобы отнести указанную галактику к разряду так называемых пекулярных — немногочис­ленных «уродцев», выбивающихся из общего правила, — и обо­значить ее как Espec.

У спиральных галактик хорошо заметно плоское спиральное распределение яркости вокруг утолщенного ядра, проще говоря, они имеют спиральный узор, если смотреть на них «анфас», и хорошо заметную полосу темной материи вдоль галактическо­

234

го экватора, если смотреть с ребра. Идеальные спиральные га­лактики имеют две спиральные ветки (рукава), исходящие либо прямо из ядра, либо из двух концов бара (перемычки), в центре которого расположено ядро. Английское слово «бар» помимо значений «прилавок», «стойка», «питейное заведение» имеет также значения «полоса», «брус». Отсутствие либо наличие бара позволило разделить спиральные галактики на два основных подтипа: нормальные спиральные галактики (S) и пересеченные спиральные галактики (SB). Нормальных спиральных галактик раз в сто больше, чем пересеченных. Дальнейшее разделение спиральных галактик на подтипы проводится по следующим трем критериям: l) относительной величине ядра по сравнению с размерами всей галактики; 2) по тому, насколько сильно или слабо закручены спиральные ветви, и з) по фрагментарности спиральных ветвей.

К типу Sa (или SBa) относят галактики с очень обширной ядер­ной областью и сильно закрученными, почти круговыми ветвя­ми — непрерывными и гладкими, а не фрагментарными (рис. 22, цв. вклейка). Если такая галактика наблюдается с ребра, то пре­жде всего виден хорошо выраженный балдж — центральное утолщение, отчасти напоминающее эллиптическую галактику. Также можно видеть довольно узкую полосу пылевой материи, протянувшуюся вдоль галактического экватора. Спиральные ру­кава не отходят далеко от балджа.

Галактики Sb и SBb имеют относительно небольшую ядер- ную область при не очень сильно закрученных спиральных ветвях, которые разрешаются на отдельные яркие фрагменты (рис. 23, цв. вклейка). Если спиральные рукава имеют ответвле­ния, то их количество мало. «В профиль» эти галактики более сплюснуты, а темная полоса вдоль галактического экватора вы­ражена более резко.

Наконец, галактики Sc и SBc (рис. 24, цв. вклейка) характери­зуются сильно фрагментированными обрывочными спиральны­ми рукавами. У галактик SBc даже бар разрешается на отдельные фрагменты. Ядерная область весьма мала по сравнению с разме­

235

рами галактики, балдж иногда едва выражен, рукава отходят от него резко и на большое расстояние, число ответвлений от них велико. С ребра видно, что галактика сильно сплющена, а пере­секающий ее по экватору пылевой диск густ и широк.

Диапазон масс спиральных галактик не столь велик — мас­сы большинства из них заключены в пределах от ю⁹ до ю¹¹ масс Солнца. В среднем наиболее массивны галактики Sa и SBa, а наи­менее — галактики Sc и SBc (рис. 25,26, цв. вклейка).

Массы неправильных галактик еще меньше — опять-таки в среднем. К неправильным галактикам Хаббл отнес все объек­ты, которые не удавалось причислить ни к эллиптическим, ни к спиральным. Большинство неправильных галактик очень по­хожи друг на друга — в том смысле, что примерно так же похожи друг на друга все на свете кучи мусора. Индивидуальные разли­чия между кучами могут быть велики, но мы никогда не примем кучу мусора за сарай или, например, за трактор. Отсутствие упо­рядоченной структуры — вот первый и самый наглядный атри­бут мусорной кучи. Неправильные галактики в большинстве своем фрагментарны до чрезвычайности, в них можно разли­чить отдельные наиболее яркие звезды, скопления и сверхско­пления, а также области горячего излучающего газа. Некоторые неправильные галактики имеют хорошо заметный бар, или, во всяком случае, структуру, которую можно трактовать как бар, и есть неправильные галактики (рис. 28, цв. вклейка), в которых наблюдаются обрывки структуры, напоминающей фрагмен­ты спиральных рукавов. В некоторых вариантах хаббловской классификации существовал особый тип Sd, предназначенный для чрезвычайно сильно растрепанных спиралей. По мнению Хаббл а, неправильные галактики, являющиеся, условно говоря, «кучей мусора», пусть и с остатками структуры, и названные им типом Irr I, являются крайним продолжением типа спиральных галактик, но уже не являются спиральными. В самом деле, если в куче мусора мы обнаружим разбитый кинескоп от телевизора и задний мост грузовика, это не превратит кучу ни в телевизор, ни в грузовик.

236

Другие необычные галактики, отнесенные в исходном ва­рианте хаббловской классификации к неправильным, похоже, никак не связаны с более привычными неправильными объек­тами — из-за неправильной формы, наличия большого количе­ства пыли и других аномалий. Эти объекты были объединены в тип Irr II, но в ходе последующих пересмотров хаббловской классификации многие из них были отнесены к другим типам. Например, галактики с плоским диском, напоминающим диски спиральных галактик, но без спиральных ветвей, были объеди­нены в тип So. Некоторые галактики до сих пор не удается клас­сифицировать, и многие из них, как оказалось в дальнейшем, представляют собой взаимодействующие пары либо являются местом бурных процессов.

Еще со времен Хаббла астрономы пытались установить, под действием каких процессов галактики принимают ту или иную форму. В некоторых ранних теориях предполагалось, что разные типы галактик представляют собой эволюционную последова­тельность. Считалось, что галактики возникают как объекты одного типа и постепенно в ходе эволюции превращаются в га­лактики других типов. Согласно одной из таких гипотез, галак­тики начинают свой путь как эллиптические, постепенно сплю­щиваясь от Ео к Е7, затем у них развивается спиральная струк­тура, и галактики эволюционируют от Sa к Sc (или от SBa к SBc), после чего эта структура распадается, вследствие чего объект превращается в хаотическую неправильную галактику. Другие астрономы предполагали противоположное направление эво­люции: галактики возникают как неправильные, закручиваясь, превращаются в спиральные и завершают свою эволюцию в простой и симметричной эллиптической форме. В основе обе­их теорий лежал ошибочный постулат о том, что тип галактики связан с ее возрастом. Ни одна из этих теорий не опиралась на какой-либо физический фундамент, и обе были опровергнуты многолетними исследованиями. Как только астрономы поняли процесс звездной эволюции и научились определять возраст звезд (это стало возможным в 50-х годах XX века), оказалось, что галактики всех типов имеют примерно одинаковый возраст. Почти в каждой галактике присутствует хотя бы несколько звезд с возрастом в несколько миллиардов лет. Отсюда следует, что ни эллиптические, ни неправильные галактики не могут быть стар­ше остальных.

Пусть читателя не вводят в заблуждение сказанные ранее сло­ва о старости звездного населения в Е-галактиках и молодости по крайней мере части звезд в S- и Irr-галактиках. Мы говорим здесь о возрасте галактики как объекта, единой системы звезд.

238

Элементы же, составляющие эту систему, могут быть значитель­но моложе. Хорошая аналогия: возраст деревьев в лесу может совпадать с возрастом леса, а может быть и значительно мень­ше его.

Еще одно затруднение для теорий перерождения галактик из одного типа в другой связано с небольшой, как правило, массой неправильных галактик. Трудно ответить на вопрос, куда девает­ся большая часть массы спиральной галактики при ее перерож­дении в неправильную галактику. В конце концов от плодотвор­ной, казалось бы, идеи объединить разные типы галактик в еди­ную эволюционную последовательность астрономам пришлось отказаться точно так же, как несколько ранее они отказались от наивных представлений об эволюции звезд вдоль главной после­довательности диаграммы Герцшпрунга-Рессела...