Для того чтобы протогалактическое облако сжалось, его кинетическая, магнитная и гравитационная энергии должны быть соответствующим образом сбалансированы. От этого баланса также зависит, какого типа галактика получится из нашего облака после его сжатия.
Это можно объяснить просто — «на пальцах». Пусть мы имеем вращающееся облако газа, сжимающееся под действием собственной гравитации. Из соображений простоты будем считать облако сферическим. Из-за неупругих столкновений между атомами газа оно будет приобретать все более сплюснутую форму. При большой плотности газа и малой скорости вращения активное (даже очень активное) звездообразование в облаке начнется рано, когда сплюснутость будет еще мала. Когда практически весь газ превратится в звезды, облако перестанет сжиматься — ведь звезды, в отличие от атомов, практически никогда не сталкиваются друг с другом. Получится эллиптическая галактика. При малой исходной плотности газа и более солидном моменте вращения активное звездообразование начнется позже, когда
244
система уже будет сильно сплюснутой. В ней разовьется спиральная структура, и получится спиральная галактика. В обоих случаях первые очаги звездообразования возникают в центре облака и местных локальных уплотнениях, из которых формируются шаровые скопления. Последние всегда концентрируются к центру даже самой плоской спиральной галактики, а не к ее экватору, поскольку они сформировались еще в те времена, когда протогалактика была более или менее сфероидальным объектом.
Наконец, теоретически возможен и третий вариант: полный коллапс облака в сверхмассивный объект — черную дыру, невидимую и практически необнаружимую.
«Зародышами» большинства неправильных галактик стали медленно вращающиеся маломассивные облака. Сжатие их замедлено, звездообразование в них не было «взрывным» и продолжается до сих пор. Можно с натяжкой предположить, что у этих маломассивных объектов (по крайней мере у некоторых из них) все впереди — авось через несколько миллиардов лет они станут более похожи на спиральные галактики.
Конечно, галактика может стать неправильной и при разрушении ее структуры крупной галактикой-соседкой.
Эллиптические галактики, однако, задали астрономам задачку. Слишком уж мал у их звезд общий момент вращения. Существует гипотеза, что Е-галактики (по крайней мере некоторые) образовались в результате слияния двух или больше S-галактик или их «зародышей». Наличие второго центра массы увеличивает дисперсию скоростей звезд, происходит хаотиза- ция их орбитальных движений. Газовые облака сталкиваются, приводя к резкому ускорению темпов звездообразования, часть газа оседает к центру. В результате может получиться спиральная галактика со странностями, но при некоторых условиях может образоваться эллиптическая галактика. В целом похоже на то, что на практике реализуются оба сценария формирования Е-галактик.
После обретения галактикой формы следующие стадии ее эволюции являются медленными и гораздо менее эффектными.
245
Звезды образуются, умирают и выбрасывают богатое Тяжелыми элементами вещество, образующее новые звезды, галактика постепенно тускнеет и краснеет, химический состав ее звездного населения медленно меняется по мере обогащения газа и пыли, из которых образуются последующие поколения звезд, тяжелыми элементами. Этот процесс завершится тогда, когда в галактиках уже не останется пригодной для звездообразования материи. Наступит время, когда галактики будут состоять лишь из нейтронных звезд, черных дыр, остывших белых карликов и многочисленных слабых красных карликов, чей срок пребывания на главной последовательности достигает триллиона лет. Но в конце концов погаснут и они.
К какому хаббловскому типу относится наша Галактика? То, что она, скорее всего, спиральная, подозревалось давно, но для доказательства долго не хватало наблюдательных фактов. Сто лет назад было известно следующее: мы живем в гигантской звездной системе, насчитывающей сотни миллиардов звезд, эта система, грубо говоря, имеет вид сплюснутого диска поперечником около 30 кпк (юо тыс. световых лет). Центр системы находится в созвездии Стрельца. Солнце располагается довольно далеко от центра системы, зато почти точно в плоскости галактического экватора. Последнее обстоятельство не должно нас радовать, поскольку именно в экваториальной плоскости Галактики находятся плотные пылевые облака. Для внегалактических объектов давно известна «зона избегания», простирающаяся градусов на 20 в обе стороны от галактического экватора, — другие галактики в этой зоне практически не наблюдаются. Не потому, что их там нет, а потому, что увидеть их мешает пыль. Поглощение света в пылевом слое Галактики чудовищно, поэтому «дальнозоркость» самых крупных оптических телескопов вблизи галактического экватора невелика. Поперек пылевого слоя или под заметным углом к нему — иное дело. Здесь свет хотя и ослабляется пылью, но далеко не так сильно.
В итоге мы не можем видеть (в оптическом диапазоне) центр Галактики. Тем более мы не можем рассмотреть спиральные рукава Галактики — по той же причине, по которой нельзя увидеть звуковую дорожку на старой виниловой грампластинке, если держать ее к себе строго ребром. В финале знаменитого романа И.А. Ефремова «Туманность Андромеды» земляне получают от разумных обитателей Большого Магелланова Облака замечательный подарок — снимок нашей Галактики со стороны упомя-
247
нутого БМО. И хотя наша Галактика снята «из неудобного поворота», ценность такого подарка чрезвычайно велика.
Но пока — увы — нам ничего не известно ни о существовании внегалактических цивилизаций, ни об их готовности вступить с нами в контакт. Поскольку множественность цивилизаций во Вселенной вообще не доказана, разумнее не ждать подарков от добрых и бескорыстных «андромедян», а искать ответы самим. Они нашлись главным образом с помощью инфракрасной и радиоастрономии.
Нельзя сказать, что пылевая материя совсем уж прозрачна для электромагнитных волн инфракрасного диапазона, однако их поглощение в ИК-диапазоне значительно меньше, чем в оптическом. Используя инфракрасные телескопы, мы можем видеть галактический диск практически насквозь, изучать ядро Галактики, обнаруживать внегалактические объекты, скрытые от нас толщей пылевого диска, и т. д. Однако это мало приближает нас к раскрытию спиральной структуры Млечного Пути.
Наличие спиральных рукавов удобнее фиксировать в радиодиапазоне. Известно, что в спиральных рукавах концентрируются не только группы молодых звезд, но и материя, идущая на их создание, — облака газа. Для простоты предположим, что газ состоит исключительно из водорода, имеющего, как известно, линию поглощения на волне 21 см. Если газ движется относительно нас, то в соответствии с эффектом Доплера сдвинется и линия поглощения. Радиальная скорость каждого рукава относительно нас разная, следовательно, при наблюдении удаленного радиоисточника (например, пульсара, находящегося где-нибудь на краю Галактики) мы получим в его спектре несколько сдвинутых относительно друг друга линий поглощения водорода, и количество их будет равно количеству спиральных рукавов между радиоисточником и нами.
Реальная картина, конечно, много сложнее, но принцип ясен. Мы можем подсчитать количество спиральных рукавов в направлении на каждый удаленный радиоисточник, лежащий вблизи галактической плоскости. Точнее, мы можем лишь определить,
248
сколько раз пришедшее к нам радиоизлучение пересекало рукава, но не можем сказать, сколько всего спиральных рукавов в Галактике — ведь какой-нибудь сильно закрученный рукав луч может пересечь и дважды. У большинства спиральных галактик два рукава. У Туманности Треугольника (тип Sc) — три главных и еще с десяток обрывочных. У галактики М63, известной также под именем «Подсолнух», — десятки. Но сколько рукавов у Млечного Пути? Например, если спектр удаленного источника имеет четыре провала вблизи длины волны 21 см, это может с равным успехом означать, что Галактика имеет либо 4 рукава, либо 2, но более длинных и более сильно закрученных. А может быть, более четырех, но менее закрученных? Или всего-навсего один, но обернувшийся вокруг ядра 4 раза?
Эта проблема оказалась, мягко говоря, не из легких. Ключ к решению дали работы Вальтера Бааде на юо-дюймовом рефлекторе в 1945-1949 годах. Бааде установил, что в Туманности Андромеды в спиральных рукавах концентрируются прежде всего горячие звезды высокой светимости и эмиссионные туманности, а также пыль и сверхоблака неионизованного газа. Теперь требовалось проделать огромную работу по определению расстояний до этих объектов в Млечном Пути — работа чрезвычайно трудная, скрупулезная и чреватая ошибками. Вдобавок зона, скрытая ядром Галактики, оставалась (и по-прежнему остается) недоступной — не зря она называется «Zona Galactica Incognita».
Тем не менее к настоящему времени астрономы рисуют спиральный узор Млечного Пути с большой степенью уверенности (рис. 29, цв. вклейка). Оказалось, что наша Галактика относится к типу SBb, имеет бар длиной 7-8 кпк, от каждого конца которого отходят по два спиральных рукава (всего, таким образом, их четыре) с углом закручивания 10-12 градусов. На нашу Галактику в целом похожа галактика М109 (рис. 30, цв. вклейка). Не исключено наличие кольца с диаметром, равным поперечнику бара. В обеих галактиках имеются «местные рукава» — ответвления от основных спиральных рукавов. В одном из таких рукавов-ответвлений на расстоянии около 8 кпк от центра Галактики и находится Солнце.
249
Итак, Млечный Путь — большая, но довольно типичная спиральная галактика. Как таковая она должна иметь два типа звездного населения — сферическую и плоскую подсистемы (прежде их называли звездным населением I и II типов соответственно). Выше мы уже указывали на то, что балджи спиральных галактик напоминают сплюснутые эллиптические галактики. Балджи состоят из звезд, большей частью старых, концентрирующихся к центру, что тоже роднит их с Е-галактиками. Балджи окружены обширными галактическими гало, являющимися их продолжением и также состоящими из звезд. Гало Млечного Пути далеко простирается за его пределы — найдена, например, принадлежащая гало звезда, расстояние до которой оценивается в 400 тыс. св. лет. Форма гало — несильно сплюснутый сфероид. Концентрация звезд в нем ничтожна по сравнению с балджем и падает по мере приближения к краям гало. Можно представить себе, что мы увидели бы, будь Солнце одной из звезд гало! Вряд ли наше ночное небо украшала бы хоть одна звезда, зато зрелище Галактики, раскинувшейся по всему небу, бесспорно, было бы самое что ни на есть феерическое.