7 років тому
Немає коментарів

Sorry, this entry is only available in
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.

Во всем мне хочется дойти

До самой сути.

Б. Пастернак

 

Автору в этой брошюре меньше всего хотелось убе­дить читателя в том, что с карликовыми галактиками проблема в целом ясна и осталось лишь кое-где уточ­нить общую картину и расставить все точки над i. Это в лучшем случае было бы самообманом. Рассказывая о карликовых галактиках, приходится чаще, чем того хоте­лось бы, употреблять слова: «по-видимому», «вероятно», «возможно». Ведь речь идет об объектах, массовое ис­следование которых лишь недавно началось, объектах, обладающих поразительным разнообразием всех свойств. И по возрасту, и по характеру эволюции, и даже по про­исхождению они могут отличаться как друг от друга, так и от тех галактик, которые принято считать нормаль­ными.

Здесь рассказывалось о четырех разновидностях кар­ликовых галактик, и для сравнения их важнейших осо­бенностей в таблице приводятся их основные характе­ристики. Разумеется, данные о размерах и яркости кар­ликовых галактик, помещенные в таблице, имеют лишь ориентировочный характер. Отдельные галактики выхо­дят за приведенные пределы; более того, нет уверенно­сти в том, что семейство карликовых галактик ограни­чивается выделенными разновидностями. Возможно, что существуют карликовые галактики, отличающиеся от всех рассмотренных здесь. Ведь многие галактики нам просто неизвестны, даже если они имеют доступную те­лескопам звездную величину.

Последнее может произойти как вследствие очень низкой поверхностей яркости, из-за которой галактику нельзя выделить на фоне неба, так и, наоборот, вследст­вие очень высокой поверхностной яркости, когда галак­тики небольших размеров не отличимые на фотографиях от обычных звезд, сотнями миллионов разбросанных по всему небу. В последнем случае лишь спектральные ис­следования, да и то не всегда, могут показать, что пе­ред нами не звезда, а далекая звездная система.

В связи с этим стоит сказать несколько слов об ис­следовании, проведенном астрономом из ГДР Н. Рихте­ром. По его мнению, многие галактики, наблюдающиеся в скоплениях, могут быть неотличимыми от слабых крас­новатых звездочек. Он тщательно исследовал изобра­жения звезд на двух фотопластинках, полученных на Таутенбургской обсерватории в ГДР, на которых было сфотографировано одно из скоплений галактик вблизи галактического полюса (т. е. там, где звезд нашей Га­лактики сравнительно мало), и соседняя область неба, без следов скопления. На каждой пластинке были най­дены десятки слабых красных звезд, но, что удивитель­но, на фотопластинке со скоплением галактик этих звезд оказалось вдвое больше.

Если это не случайная флуктуация и не система звезд нашей Галактики с таким необычным цветом, то приходится считать, что в скоплении много компактных красных карликовых галактик (новая разновидность!), которые маскируются под одиночные звезды. Насколько известно автору, спектральных исследований этих «звезд» не проводилось, и действительно ли многие из них являются галактиками неизвестно.

Разнообразие свойств карликовых галактик позволя­ет некоторым из них скрываться и среди галактик дру­гих типов. Примеры подобного рода были обнаружены при исследовании очень интересных систем — так на­зываемых гнезд галактик, которые обнаружены и впер­вые были описаны Б. А. Воронцовым-Вельяминовым. Это тесные взаимодействующие системы, состоящие из нескольких очень близко расположенных галактик, ча­сто соприкасающихся (или почти соприкасающихся) друг с другом. На фотографиях они обычно выглядят как несколько светлых конденсаций (галактик), погру­женных в общий светящийся звездный туман.

Такие системы должны очень быстро динамически эволюционировать (сливаться или разлетаться), поэтому их исследование представляет особый интерес. Но пока спектр гнезд галактик неизвестен, остаются неясными расстояния до них, а следовательно, и размеры, свети­мости и другие важнейшие характеристики.

Были предприняты спектральные наблюдения этих систем с помощью советского 6-метрового рефлектора, которые показали, что ряд гнезд галактик действительно состоят из близких друг к другу галактик высокой све­тимости, сильно взаимодействующих между собой. Одна­ко среди них оказались и другие системы, у которых лу­чевые скорости очень малы, а следовательно, малы и расстояния. Такие гнезда вращаются как единое тело, а не как совокупность отдельных галактик.

Судя по массе и светимости, в этих случаях перед на­ми не гнезда галактик, а маленькие галактики с отдель­ными яркими областями, где находятся горячий меж­звездный газ и молодые звезды, т. е. имеются очаги ин­тенсивного звездообразования. Следуя нашей схеме, мы могли бы формально отнести эти объекты к карликовым неправильным галактикам, хотя они отличаются от боль­шинства галактик этого типа клочковатым видом и вы­сокой яркостью отдельных «пятен», из-за которой они и были приняты вначале за системы из нескольких близких галактик.

Так почему же карликовые галактики такие разные?

Очень часто (но не всегда) они располагаются неда­леко от галактик-гигантов. Быть может, их непохожесть связана с различными воздействиями, которые оказывает на них массивный сосед. Во многих случаях влияние большой галактики на карликовый спутник действитель­но очень велико и это непосредственно наблюдается: мощные приливные возмущения могут даже не карлико­вую галактику превратить в карликовую.

Подобное, видимо, произошло с галактиками М 32 и NGC 205, спутниками Туманности Андромеды, о которых рассказывалось раньше. От галактики NGC 205 отходят очень слабые спиралевидные полосы — одна в сторону Туманности Андромеды, другая в противоположную. Похоже, что эта галактика продолжает терять свои звез­ды в гравитационном поле Туманности Андромеды.

Что же касается М 32, то эта маленькая компактная эллиптическая галактика очень похожа на яркую цент­ральную область «нормальной» эллиптической галакти­ки, успевшей потерять звезды, находившиеся во внеш­них частях. Миллиарды лет назад ее размер, вероятно, был значительно больше.

Есть еще один путь формирования карликовых га­лактик при взаимодействии гигантских систем. Прилив­ные воздействия галактик друг на друга могут в ряде случаев приводить к частичному разрушению одной или обоих галактик, при котором вещество периферийных областей галактик оказывается в межгалактическом про­странстве. При этом отдельные скопления звезд или на­иболее плотные системы из газа и звезд могут сохра­ниться, превратившись таким образом в карликовые га­лактики.

Так что же представляют собой карликовые галакти­ки? Самостоятельно образовавшиеся галактики малень­кой массы? Или это своего рода «отходы производства» при образовании галактик-гигантов? А, может, это «нор­мальные» галактики, претерпевшие в течение жизни сильные изменения из-за действия внутренних или внеш­них сил? Или просто продукт разрушения других галак­тик?

Скорее всего возможны все эти варианты. Причем чаще всего мы не знаем, какой из них «сработал» в том или ином случае, а иногда можно даже подозревать су­ществование и других, более неожиданных вариантов их происхождения. В этом убеждает, например, совершен­но необычная система карликовых неправильных галак­тик вокруг пары взаимодействующих галактик южного неба — галактики NGC 5291 изливающегося с ней не­большого спутника (она изображена на первой странице обложки).

В конце 70-х годов две группы западноевропейских астрономов, исследовавших небо Южного полушария, не­зависимо друг от друга обнаружили вокруг упомянутой пары галактик, находящейся на периферии небольшого скопления галактик, большое число карликовых объек­тов различных размеров и форм, похожих на dlm-галактики. По оценкам одной из групп ученых, на хороших фотографиях, полученных с помощью большого телеско­па, можно насчитать сотни отдельных карликов.

Самые яркие из них имеют звездную величину 17mи размер в 5—7 кпк, а самые слабые с трудом отличи­мы от едва заметных слабых звездочек на фотографиях, поскольку их угловой размер не превышает 2′. Большая часть этих карликов разбросана не хаотично, а образу­ет две широкие полосы, идущие до расстояний примерно 150 кпк к северу и к югу от центральной галактики.

На крупных оптических телескопах в Чили и Авст­ралии были проведены специальные исследования непо­нятных карликовых объектов. Подтвердилось предполо­жение о проходящем в них звездообразовании. В од­ном из объектов был даже обнаружен заметный дефицит тяжелых элементов в межзвездном газе, нагретом горя­чими звездами. Похоже, что мы наблюдаем выброс из взаимодействующих галактик облаков газа с продол­жающимся звездообразованием.

Однако измерение скоростей показало, что никаких быстрых, «взрывных» движений в системе карликовых галактик нет. Если они действительно образовались в результате выброса вещества, то он должен быть свя­зан не со взрывом, а с действием приливных сил между большими галактиками. Подобные примеры среди взаи­модействующих галактик известны. Но и с этим объясне­нием возникли большие трудности.

Дело в том, что чем больше относительные скорости взаимодействующих галактик, тем слабее разрушающее влияние приливных сил на их структуру. А в данном случае разность скоростей галактик, вокруг которых раз­бросаны карлики, очень велика — около 600 км/с. По­скольку галактики принадлежат скоплению, само значе­ние скорости не кажется удивительно большим, но как совместить его с картиной разрушающейся галактики?

Наблюдения этой удивительной системы галактик в линии излучения холодного водорода, проведенные с по­мощью крупного австралийского радиотелескопа, пока­зали, что общая картина здесь еще более сложная и ин­тересная, чем можно было подумать с самого начала. Оказалось, что с центральной галактикой (NGC 5291) связана гигантская масса водорода — почти 100 млрд. Мс. Это, пожалуй, рекорд. В нашей Галактике, которую трудно назвать бедной межзвездным газом, водорода меньше, причем не в 2 или 3 раза, а в несколько десят­ков раз. Правда, в случае галактики NGC 5291 газ рас­полагается в основном не внутри галактики, а за ее оп­тическими границами и прежде всего в той области, где наблюдаются карликовые галактики.

Холодный газ не может долгое время окружать га­лактику со всех сторон — он быстро упадет на га­лактику, поскольку она его притягивает. Иное дело, если газ вращается вокруг галактики. Тогда он неизбежно соберется в большой диск, совершающий полный обо­рот за сотни миллионов лет. Не являются ли наблюдае­мые карликовые объекты деталями этого диска?

Сопоставление их лучевых скоростей и скорости га­за хорошо согласуется с этим предположением. Следо­вательно, объекты, считаемые карликовыми галактика­ми, по-видимому, являются в действительности отдель­ными областями внутри газового диска, в которых в на­стоящее время происходит звездообразование. Оно, воз­можно, возбуждается давлением на диск со стороны раз­реженной межгалактической среды. Будущие исследо­вания должны помочь разобраться в природе этих стран­ных объектов.

Интересно, что внешне похожая, только меньшая по размеру система карликовых областей звездообразова­ния, связанная с холодным газом, обнаружена В. Е. Ка­раченцевой и И. Д. Караченцевым с помощью 6-метро­вого рефлектора в области спиральной галактики М 81. Несмотря на значительное расстояние, на фотографиях карликовых галактик заметны наиболее яркие звезды (голубые сверхгиганты). Окрестности М 81 вообще ока­зались богатыми интересными карликовыми галактика­ми. Например, там Караченцевы обнаружили целое скопление из 11 слабых dSph-галактик, сконцентриро­ванных в области примерно такого размера, какой обыч­но занимает одна гигантская галактика.

Очевидно, что эти карлики связаны общностью про­исхождения, но как мог возникнуть такой «букет»?

Изучение карликовых галактик — это не только по­иски ответа на вопрос об их образовании. Мы уже зна­ем, что эти объекты можно рассматривать как пробные «частицы», чутко реагирующие на присутствие газовой среды, и как потенциальные переносчики газа, запасы которого они готовы отдать большой галактике, если за­денут ее в своем движении, и, наконец, как области, удобные для исследования процессов звездообразования и связанных с ним явлений.

Не менее важным оказалось и то, что с помощью карликов в принципе можно измерять полную массу тех больших галактик, вблизи которых они наблюдаются. Причем чем больше масса основной галактики, тем бы­стрее движутся ее карликовые спутники и тем легче они поддаются разрушению ее гравитационным полем.

Вообще говоря, с измерением полных масс галактик не все еще благополучно. Ранее уже упоминалась проб­лема «скрытой массы» — невидимого вещества, находя­щегося за пределами оптических границ галактик. Оцен­ки массы этого невидимого вещества очень противоречи­вы, но с проблемой его существования астрономы стал­киваются очень часто, причем при исследовании галак­тик любых типов. Его присутствие предполагается даже там, где и совсем не видно ярких галактик (в межга­лактическом пространстве, в скоплениях галактик или в облаках межгалактического газа).

Как уже отмечалось, в 1983 г. было обнаружено ги­гантское облако межгалактического водорода, внутри которого не имеется никаких следов присутствия там звезд. Оно находится в довольно разреженной группе нормальных галактик в созвездии Льва, на расстоянии около 10 Мпк от нас. Обнаружили облако, можно ска­зать, случайно. При безуспешной попытке с помощью 305-метрового радиотелескопа уловить слабое излучение водорода от одной из далеких галактик радиотелескоп по воле случая оказался направленным на край облака.

Размеры (около 50 кпк) и масса (около 1 млрд. Мс) обнаруженного облака поразили ученых. Но еще более удивительным оказалось то, что различные части обла­ка имели отличающиеся скорости. Похоже, что облако вращается, а в этом случае довольно просто оценить его массу. Но при этом оказалось, что она примерно в 100 раз больше массы газа, составляющего облако. Ка­кому же тогда веществу принадлежит эта масса?

Возможно, конечно, что никакой «скрытой массы» здесь нет. Облако просто нестационарно и сейчас рас­ширяется. Однако в этом случае возникает еще более сложная проблема: где расположен источник расширяю­щегося газа, почему его не видно там, где находится облако?

В настоящее время продолжается дискуссия о том, существуют ли массивная невидимая корона и гало во­круг нашей Галактики. И здесь особое значение также имеют наблюдения ближайших к нам карликовых си­стем, которые испытывают на себе действие гравитаци­онного поля Галактики. Могут ли, например, выжить dSph-галактики на тех расстояниях, где они наблюдают­ся, если массивная корона действительно существует?

Расчеты позволяют оценить ту плотность массы кар­ликовых галактик, при которой они не будут разрушены приливными силами. Но при этом остается узнать, ка­кова плотность таких галактик на самом деле. Для этого надо измерить скорости движения отдельных звезд в са­мых разреженных dSph-галактиках и по ним оценить массу галактик. Однако возникшая задача оказалась очень сложной, ведь, как мы помним, самых ярких звезд (голубых сверхгигантов) в таких галактиках не наблю­дается, и приходится иметь дело с красными звездами со звездными величинами 17—18m.

Тем не менее недавно с помощью многозеркального телескопа (прообраза инструментов будущего поколе­ния) М. Ааронсон смог с рекордно высокой точностью (около 1 км/с) измерить скорости четырех отдельных звезд в dSph-галактике из созвездия Дракона. Он при­шел к выводу о сравнительно высокой плотности этой звездной системы, при которой наша Галактика, даже обладая массивной короной, не может ее разрушить. Однако галактика в созвездии Дракона относится к чис­лу «призрачных» галактик крайне низкой поверхностной яркости, и если полученная оценка верна, то в этой га­лактике должно быть очень много (около 90% по мас­се) невидимого вещества.

Правда, вряд ли можно считать уверенными оценки, сделанные по нескольким, очень слабым и медленно дви­жущимся звездам. Если даже одна или две из них вхо­дят в состав звездных пар или группировок, это приво­дит к совершенно неверным выводам относительно ско­рости их движения в гравитационном поле галактики: и масса, и плотность массы всей звездной системы окажут­ся сильно завышенными. Таким образом, требуются до­полнительные и более многочисленные наблюдения.

Кстати, очень скоро была предпринята вторая попыт­ка решить проблему. На этот раз наблюдались не от­дельные звезды, а несколько шаровых звездных скопле­ний в самой крупной из dSph-галактик, уже знакомой нам системе в созвездии Печи. Измерения, проведенные Дж. Кохен, показали, что дисперсия скоростей звездных скоплений не превышает ошибку измерений (около 10 км/с). Она приходит к выводу, что следов «скрытой массы» в данной галактике не имеется (а это ставит под сомнение и наличие массивной короны у нашей Галак­тики), Проблема пока остается, но ясно, что именно кар­ликовые галактики могут дать ключ к решению пробле­мы «скрытой массы».

Хотелось бы обратить внимание еще на один круг вопросов, решению которых могут помочь исследования карликовых галактик. Речь идет о различных проявле­ниях взаимодействия между сравнительно близкими друг к другу галактиками.

Возникновение тех или иных особенностей, характер­ных для взаимодействующих галактик, объясняется прежде всего гравитационным воздействием галактик друг на друга. Однако далеко не всегда наблюдаемую картину взаимодействия можно свести лишь к проявле­нию гравитации. Удивительно, например, что в ряде случаев заметные искажения формы галактик, асим­метрия в распределении межзвездного газа в галактике, газозвездные рукава, уходящие в межгалактическое про­странство, наблюдаются у галактик, рядом с которыми нет других объектов, кроме карликовых спутников.

Примерами здесь могут являться известная спираль­ная галактика М 101, от которой тянется длинный газо­вый рукав к небольшой галактике неправильной формы, а также сравнительно близкая к нам спиральная галак­тика NGC 1512, активно взаимодействующая с карли­ковым эллиптическим спутником NGC 1510. Какую роль играют в этих случаях карликовые галактики?

Их исследование должно помочь объяснению тех при­чин, которые приводят к появлению необычных форм или структурных особенностей галактик. В связи с этим любопытен пример упоминавшейся пары NGC 1510/1512. Карликовая галактика NGC 1510 выглядит на фотогра­фиях как компактная, почти круглая по форме эллипти­ческая галактика, напоминающая известную dE-галактику М 32 (спутник Туманности Андромеды). Однако, как было обнаружено в 70-х годах, в отличие от послед­ней, эта галактика имеет голубой цвет, свидетельствую­щий об активном звездообразовании, так что ее, по-ви­димому, следует отнести, к dBC-галактикам.

Дальнейшие исследования показали, что NGC 1510 отличается от эллиптических галактик не только голу­бым цветом. Она имеет и необычную структуру: несколь­ко выделяющихся по яркости пятен в центральной обла­сти (кратное ядро?) и слабые звездные дугообразные детали на периферии. Наконец, в галактике есть вра­щающийся слой газа. Было выдвинуто предположение, что NGC 1510.— совсем недавно сформировавшаяся карликовая эллиптическая галактика.

Не связано ли ее образование тогда с наличием большого количества газа (около 10 млрд. Мс), кото­рый, как показали радионаблюдения, окружает галакти­ку NGC 1512, «захватывая» и ее карликовый спутник?

В 1984 г. У. Эйхендорф и Дж. Ньето опубликовали результаты фотометрических и спектральных наблюде­ний маленькой галактики. Они показали, что яркие пят­на в центре галактики — это области звездообразова­ния, содержащие ионизованный таз и горячие звезды. Обнаружено и присутствие звезд спектрального класса А, по-видимому, являющихся более старыми. В то же время общее распределение звезд в галактике похоже на наблюдаемое в обычных эллиптических галактиках.

Эти данные поддерживают предположение (пока только предположение) о том, что необычные свойства галактики вызваны ее движением в газовом облаке. Газ внутри галактики был захвачен ею из окружающей сре­ды, он и ответствен за происходящее звездообразование.

Конечно, далеко не всегда взаимодействующие га­лактики окружены общим газовым облаком. Приведен­ный пример лишь показывает, что могут существовать сложные взаимодействующие системы «галактика — газ — галактика», в которых важную роль играет при­сутствие межгалактической среды, влияющей в первую очередь на карликовые системы.

Наблюдения галактик-карликов иногда используются и для решения таких задач, которые на первый взгляд не имеют к ним никакого отношения. К ним, например, относится выяснение химического состава догалактического газа. Из теоретической модели горячей Вселенной следует, что практически только два химических элемен­та, водород и гелий, могли образоваться без помощи звезд, на ранней стадии расширения Метагалактики.

За миллиарды лет звезды изменили химический со­став вещества. Но для теоретиков важно знать, каково было относительное содержание гелия до того, как в га­лактиках появились первые массивные звезды. Тут и мо­гут помочь карликовые галактики, точнее, те из них, где газ еще не испытал сильного «обогащения» тяжелыми элементами, т. е. карликовые галактики.

Сопоставление содержания гелия в них с содержани­ем тяжелых элементов заведомо «звездного» происхож­дения позволило найти ту часть гелия, которая возник­ла в результате эволюции звезд. Остальная часть (догалактический гелий) составляет, по оценке американских астрофизиков Ж. Кунца и У. Саржента, 23% по массе от водорода. Чтобы столько гелия образовалось в нача­ле расширения Вселенной, ее средняя плотность соглас­но расчетам в настоящее время не должна превышать 5’10~28 кг/м3. Это значение согласуется с так называе­мой открытой моделью Вселенной, согласно которой ее расширение никогда не сменится сжатием.

Полученные оценки еще нуждаются в проверке и по­ка носят лишь предварительный характер. Мы привели их лишь для того, чтобы показать, какую важную роль в исследовании Вселенной могут играть карликовые га­лактики. Неудивительно, что их пестрый мир привлека­ет все растущее внимание астрономов — как наблюда­телей, так и теоретиков. Даже если отвлечься от исполь­зования карликов для решения глобальных проблем эво­люции вещества, можно сказать, что эти объекты очень интересны и сами по себе. Именно это и стремился прежде всего показать автор. А нерешенные вопросы… они будут всегда.