Трохи про галактики

Сомнений полон ваш ответ

О том, что окрест ближних мест

Скажите ж, коль пространен свет?

И что малейших дале свет?

М. В. Ломоносов

Мы живем внутри гигантской спиральной Галакти­ки — это ее звезды украшают наше ночное небо. Глаз видит лишь наиболее яркие из них, однако фотографии любых участков неба, сделанные с помощью телескопов, буквально усыпаны многими тысячами крошечных то­чек-изображений слабых звезд. Это тоже объекты на­шей Галактики, но на звездном фоне встречаются и. об­разования другого рода: размытые светлые пятнышки самых различных размеров. Большинство из них — дру­гие звездные системы, другие галактики, удаленные от нас на многие миллионы парсек. Даже ближайшие из них, имеющие большой угловой размер и представляю­щиеся на фотографиях во всей своей красе, находятся на таком расстоянии, для преодоления которого лучу света требуются сотни тысяч миллионов лет.

Изучение галактик открыло новые, удивительные страницы астрономии. За несколько десятилетий своего существования внегалактическая астрономия преврати­лась в быстро развивающуюся, довольно разветвленную научную дисциплину. И как отметил английский астро­физик Р. Тейлер, «проблема строения и эволюции галак­тик поистине является центральной в современной астро­номии». В этих словах нет большого преувеличения, хо­тя их нельзя понимать так, что все остальное в астроно­мии менее интересно. Просто с исследованием галактик оказались связанными самые узловые проблемы этой науки, такие, как проблема образования и эволюции звезд и межзвездной среды, или вопрос о том, как меня­ется за большие промежутки времени вся окружающая нас Вселенная.

Галактики не обижены вниманием со стороны научно-популярной литературы. Однако в этой брошюре будет рассказано о галактиках особого типа, о которых пока говорилось и писалось очень мало, — о так назы­ваемых карликовых галактиках. Над выяснением их при­роды в последнее время работают многие ученые. Но перед тем как перейти к этим объектам, кратко напом­ним, что представляют собой сами галактики.

Прежде всего отметим, что большинство наблюдае­мых галактик имеют размеры во много тысяч парсек и состоят из миллиардов звезд, непрерывно движущихся в разреженной газопылевой среде. Скорости движения звезд относительно друг друга измеряются десятками или сотнями километров в секунду, и только взаимное притяжение удерживает их вместе, тем самым не давая галактикам рассыпаться. Точно так же притяжение Солнца не дает планетам разлететься в разные сторо­ны, однако есть важное различие: в галактиках отсут­ствует центральное тело, играющее роль Солнца, — об­щее гравитационное поле галактик создается миллиарда­ми отдельных звезд.

В большинстве галактик звезды образуют сплюсну­тый и довольно толстый вращающийся диск. Имеется он и в нашей Галактике (светлая полоса Млечного Пути и есть этот звездный диск, наблюдаемый нами изнутри). К плоскости симметрии диска оседает газопылевая сре­да, в которой рождаются звезды. Области звездообразо­вания выглядят со стороны либо как яркие пятна на диске, либо в виде спирального узора. В первом случае галактику относят к типу неправильных, во втором — к спиральным галактикам.

Однако в любой галактике далеко не все звезды на­ходятся в диске, движение многих из них происходит под большим углом к нему. Немало галактик, они назы­ваются эллиптическими, вообще не имеет диска. За очень редким исключением, в них не наблюдается ни га­за, ни областей звездообразования. В этих медленно стареющих звездных системах процесс зарождения звезд потух миллиарды лет назад.

Мир галактик удивительно разнообразен. При попыт­ке описать типичную галактику мы столкнулись бы с немалыми, трудностями: линейный размер, светимость, масса, относительное содержание газа, химический со­став и, наконец, их внешний вид очень сильно меняются от одного объекта к другому. Особенно впечатляет раз­ница в массе, являющейся, как и в случае звезд, одной из важнейших характеристик галактик. Но если у звезд массы различаются в крайнем случае в несколько сотен раз, то у галактик — более чем в миллион раз. Самые большие и самые маленькие галактики отличаются по массе примерно так же, как звезды от планет.

Какую же. массу следует считать типичной для га­лактик?

Если прикинуть, чему равна средняя масса наблюда­емых галактик, мы получим что-нибудь около 10¹¹ Мс (здесь Мс — масса Солнца). Но для галактик в целом (а не только для тех, которые хорошо исследованы) эта цифра окажется завышенной во много раз. Чем меньше масса галактик, тем чаще они встречаются в простран­стве и тем труднее их наблюдать с большого расстоя­ния. На одну большую, «нормальную» галактику, при­мерно такую, в которой мы живем, приходятся десятки карликовых звездных островков. Ясно, что понятия «нор­мальная» или «необычно маленькая» для галактик мо­гут иметь лишь условный смысл. Галактики, которые обычно считаются типичными по массе, размеру или светимости, в действительности находятся в абсолютном меньшинстве.

Конечно, это никак не умаляет важность их изучения, но все же стоит отметить, что карликовым галактикам далеко не всегда уделялось столько внимания, сколько они заслуживают. Основная причина этого понятна: ма­ленькие галактики, обладающие невысокой светимостью, а часто и поверхностной яркостью, видны лишь на срав­нительно близких расстояниях и очень трудны для ис­следований.

Карликовыми называют галактики низкой светимо­сти. И если не учитывать двух эллиптических спутников ближайшей к нам спиральной галактики — Туманности Андромеды, — которые по светимости лежат где-то на границе между карликовыми и «нормальными» галак­тиками, первые бесспорно карликовые системы были об­наружены только в конце 30-х годов нашего века. Как это нередко бывает, открытие было сделано случайно.

Это произошло на обсерватории Гарвадского уни­верситета в Южной Африке. Здесь в течение ряда лет под руководством известного астронома X. Шепли выполнялась научная программа по фотографированию и статистическому исследованию распределения слабых галактик в области Южного полюса мира. В 1935 г. при фотографировании одного из участков неба в созвездии Скульптора при помощи 60-сантиметрового рефлектора была получена историческая фотопластинка, на которой зоркий глаз X. Шепли усмотрел нечто необычное. При внимательном изучении негатива на довольно большой области (около 1х1°) была различима россыпь из мно­жества предельно слабых точек, похожих на изображе­ния едва заметных звезд.

Чтобы убедиться в том, что это действительно звез­ды, а не какая-нибудь редкая разновидность дефектов фотоэмульсии, пришлось повторить снимки того же уча­стка неба. На обычное звездное скопление наблюдаемая картина не была похожа: угловой размер большой, а яр­ких звезд совсем нет. Ярчайшие звезды этого объекта имеют звездную величину примерно 18^m. а более слабых звезд (в интервале 18—19,5^m) можно было насчитать около 10000. Подобные скопления звезд ранее не встре­чались, да вообще — будь инструмент чуть поменьше или качество изображения (меняющееся от ночи к ночи) чуть похуже, и скопление осталось бы совершенно неза­меченным.

Весьма любопытно первое сообщение в печати о странном скоплении. В статье X. Шепли «Распределение 89 тысяч галактик в южной полярной области» была приведена таблица с результатами подсчета галактик на исследовавшихся фотопластинках. В строчке, отве­денной для описания фотопластинки с этим скоплением, отмечено полное число зарегистрированных галактик (1772 объекта), и к ней было сделано примечание. А в нем указывалось, что 1 кв. градус неба был исключен из рассмотрения, так как там замечено неизвестное ра­нее звездное скопление, мешающее счету галактик (оно оказалось помехой при выполнении основной задачи!).

Просмотрев другие пластинки, отснятые в обсервато­рии, X. Шепли обнаружил (но уже в созвездии Печь) еще одно подобное скопление, состоящее из очень сла­бых звезд. Очень скоро оба скопления были сфотографированы на самом большом в то время 2,5-метровом рефлекторе обсерватории Маунт Паломар. В них уда­лось найти переменные звезды, что позволило оценить расстояние и размеры звездных систем. Тогда-то и ста­ло окончательно ясно, что это не простые звездные скоп­ления, а объекты куда более далекие: самостоятельные галактики необычно низкой поверхностной яркости и звездной плотности.

Долгие годы подобных галактик найти больше не удавалось. Новые открытия пришли с появлением в рас­поряжении астрономов фотографий Паломарского обзо­ра неба, сделанных в 50-х годах с помощью широко­угольной 120-сантиметровой камеры Шмидта обсерва­тории Маунт Паломар. Тщательное их изучение значи­тельно облегчило поиски необычных галактик (и не толь­ко карликовых!). Впоследствии выяснилось, что сущест­вуют различные типы карликовых галактик, в том числе совсем не похожие на системы, найденные в созвездиях Скульптора и Печи. Но до последних лет исследование карликовых галактик шло очень медленными темпами.

Ситуация резко изменилась в 70-х годах, что было обусловлено в основном двумя причинами. Во-первых, появившиеся новые крупные астрономические инстру­менты позволили изучать большое число недоступных ранее карликовых галактик, а это во многих случаях привело к выявлению их необычных свойств, которые необходимо было объяснить. Во-вторых, исследование процессов, происходящих в галактиках различных ти­пов, показало, что наблюдения карликовых галактик мо­гут послужить своего рода пробным камнем для про­верки правильности существующих представлений о том, как образовались галактики, как они эволюционируют и как взаимодействуют со своим окружением.

Есть еще одно обстоятельство, стимулирующее изуче­ние карликовых систем. Во внегалактической астроно­мии особое значение имеет исследование наиболее близ­ких к нам галактик, которые можно провести особенно детально, что невозможно сделать в случае многочис­ленных, но более далеких звездных островов. Однако среди ближайших галактик, входящих вместе с нашей Галактикой в состав так называемой Местной группы, нет ни одной большой эллиптической галактики (все три большие галактики — спиральные, включая нашу собственную), но зато есть несколько десятков карлико­вых эллиптических галактик.

С увеличением возможностей астрономических наб­людений интерес к галактикам-карликам, несомненно, будет возрастать. Примечательно, что в 1980 г. в Жене­ве впервые была организована международная конфе­ренция по карликовым галактикам. Эти галактики об­суждались прежде всего как объекты, исследования ко­торых целесообразно запланировать на большом орби­тальном телескопе, который планируется запустить в космос в конце 80-х годов.

Познакомимся с карликовыми галактиками поближе.

• Що таке карликові галактики? →