Де шукати молоді галактики?

Американские наблюдатели У. Саржент и Л. Сирль обнаружили несколько небольших, но ярких галактик голубого цвета, обладающих уникальными характери­стиками,— они выглядели как гигантские области иони­зованного водорода, изолированные в межгалактиче­ском пространстве. (Поэтому авторы свою первую статью о них так и назвали: «Межгалактические обла­сти Н II».) Как показали радионаблюдения этих галак­тик в линии нейтрального водорода, в них так много межзвездного газа, что он может составлять основную долю массы этих необычных галактик (выходит, что, строго говоря, не всегда правильно называть галактики звездными системами!). К тому же оказалось, что хи­мический состав межзвездного газа в этих галактиках тоже не совсем обычен: в нем, по-видимому, мало хи­мических элементов тяжелее гелия (по сравнению с межзвездным газом в обычных галактиках). Цвет у га­лактик — голубой, говорящий о большом количестве молодых звезд, а по химическому составу — это населе­ние типа II!

Можно сделать несколько предположений относи­тельно природы этих галактик. Во-первых, в них, воз­можно, велика доля звезд с очень большой массой по отношению к числу всех звезд. Поэтому в галактике и наблюдается много горячего газа.

Во-вторых, возможно, мы наблюдаем действительно молодые галактики — с возрастом несколько сотен мил­лионов лет, так что все звезды в них образовались не­давно.

И наконец, в-третьих, они могут быть и старыми га­лактиками, наблюдаемыми во время «вспышек» звез­дообразования (довольно редко происходящих).

Первое предположение не объясняет недостаток тя­желых элементов, происхождение которых по существу­ющей теории связано с массивными звездами.

Второе предположение также сталкивается с боль­шими трудностями. Если считать, что образование га­лактик происходит в природе непрерывно, то придет­ся допустить существование во много раз большего количества постаревших (уже не столь голубых) кар­ликовых систем. Однако это не согласуется с наблюдениями. По оценкам того же Саржента, голубые ком­пактные галактики, напоминающие «изолированные об­ласти Н II», составляют довольно заметную долю (око­ло 10%) от всех галактик низкой светимости. А это су­щественно больше, чем можно было ожидать при не­прерывном образовании карликовых галактик.

Остается третий вариант как наиболее достоверный. При этом можно предположить, что эти звездные си­стемы имеют такой же возраст, как и другие галактики (около 10—20 млрд. лет), но за время своего сущест­вования они в среднем испытали по 5—10 резких «вспы­шек» звездообразования. Те из карликовых галактик, которые мы наблюдаем во время этих «вспышек», вы­глядят так, словно у них только недавно началось об­разование первых звезд.

Итак, наличие большого количества молодых звезд еще не говорит о молодости всей галактики, а указы­вает лишь на интенсивное звездообразование в настоя­щее время.

Одно время считалось, что если неправильные га­лактики более богаты межзвездным газом и яркими звездами, то они, по-видимому, являются молодыми объектами. В действительности это не так. Например, в БМО и ММО найдено не только много молодых звезд, но и старых (населения типа II). Конечно, нельзя счи­тать возраст самых старых звезд во всех галактиках абсолютно одинаковым. Сам процесс формирования первого поколения звезд не может очень быстро про­изойти, и возраст этих звезд для различных галактик вполне может отличаться на сотни миллионов лет. Ин­тересно отметить, что, как показывают исследования, старые шаровые звездные скопления в БМО, по-види­мому, на 1 млрд. лет моложе своих «собратьев» в на­шей Галактике, а шаровые скопления туманности Анд­ромеды примерно на столько же старше. Но 1 млрд. лет — это менее 0,1 части возраста этих галактик, так что возраст их все же можно считать примерно оди­наковым.

Существуют ли вообще молодые галактики, возраст которых значительно меньше, чем у этих звездных си­стем? Как показали американские астрономы Л. Сирль, У. Саржент и В. Багнуоло в 1973 г., наблюдаемый цвет около 150 наиболее ярких галактик совместим с пред­положением об их одинаковом (причем большом) возрасте. Во всяком случае, среди них нет таких галактик, возраст которых отличался бы от 10¹⁰ лет более чем втрое (в ту или другую сторону). Различие их цвета как и количества межзвездного газа объясняется не разным возрастом, а неодинаковым темпом звездообра­зования в настоящее время и в прошлом.

Есть еще одна причина, заставляющая искать эпоху образования галактик в далеком прошлом — 10— 20 млрд. лет назад. Это — процесс расширения Все­ленной, который также начался 10—20 млрд. лет назад.

В настоящую эпоху плотность межгалактического вещества слишком мала, чтобы гравитационные силы смогли заставить чрезвычайно разреженный межгалак­тический газ сжаться до образования новых звездных систем. Образование галактик, по-видимому, происхо­дило на ранних стадиях расширения Вселенной, когда плотность вещества была во много раз выше. Правда, как показывают оценки, рост гравитационной неустой­чивости в расширяющейся Вселенной происходит слиш­ком медленно и поэтому не может привести к образо­ванию галактик из первоначально однородной среды. Требуются некоторые начальные («затравочные») воз­мущения среды (пусть даже очень малые), рост кото­рых привел бы к резко неоднородному распределению вещества во Вселенной и появлению сначала газовых протогалактик, а затем и звездных островов — галактик.

Существует несколько теорий образования галактик, в которых рассматриваются различные типы начальных возмущений и их влияние на расширяющуюся плазму, существовавшую на ранней стадии эволюции Вселен­ной. Наибольшее распространение получили две из них: теория адиабатических возмущений плотности и вихревая теория. И та и другая основаны на теории от­носительности и космологической теории горячей Все­ленной. Общее между ними и то, что согласно каждой из них быстрый рост возмущений привел к образова­нию протогалактик после того, как горячая плазма, су­ществовавшая на самых ранних стадиях расширения Вселенной за короткое время остыла, и стала прозрачна для пронизывающего ее излучения. Это «остывание» произошло, когда средняя плотность вещества во Все­ленной была в 2 млрд. раз больше, чем в настоящее время, — приблизительно такая же, какая наблюдается сейчас в плотных облаках межззездного газа. Однако механизм формирования галактик в теориях адиабати­ческих и вихревых возмущений различен. Согласно пер­вой теории на самой ранней стадии расширения Все­ленной уже существовали колебания плазмы (типа зву­ковых) небольшой амплитуды. Как показали расчеты, эта колебания догалактической плазмы при остывании вещества приводят к обособлению гигантских масс газа (около 10¹³ солнечных масс), Эти конденсации, как показывают те же расчеты, проделанные группой советских ученых под руководством академика Я. Б. Зельдовича, должны были быть сильно сплюсну­ты, (их называют «блинами»). Затем в них уже воз­никают уплотнения с массами 10⁶—10¹¹ солнечных масс — газовые протогалактики, которые уже. превра­щаются в звездные системы, сжавшись под действием собственной гравитации.

Согласно вихревой теории плазма до остывания на­ходилась в состоянии хаотического вихревого (турбу­лентного) движения. Когда из-за расширения плазма остыла, вихревые движения продолжались: в холодном газе возросла роль гравитации, которая «стянула» вра­щающийся газ в гравитационно-связанные объекты — пратогалактики.

Таким образом, в обеих теориях сделана попытка объяснить происхождение галактик, но исходя из раз­личных предпосылок. Требуется дальнейшая наблюда­тельная проверка выводов этих теорий.

Конечно, развитию наших представлений о рожде­нии галактик помогли бы непосредственные наблюде­ния этого процесса. Среди сравнительно близких к нам галактик нет таких, которые со всей определенностью можно было бы считать молодыми, хотя поиски и ис­следования «подозрительных» объектов должны быть продолжены. Но даже если окажется, что все галакти­ки появились в природе миллиарды лет назад — мы з принципе все равно можем наблюдать их молодыми. Астрономия, наверное, единственная наука, которая по­зволяет увидеть (не воссоздать по крупицам, а действительно увидеть) то, что происходило очень давно. Из-за конечной скорости распространения света очень да­лекие галактики мы наблюдаем такими, какими они были миллиарды лет назад. Однако даже гигантские по светимости галактики с таких фантастических рас­стояний выглядят едва заметными туманными пят­нышками. Молодые же галактики должны находиться еще дальше — где-нибудь на расстоянии 10—20 млрд. св. лет. Но они, как можно ожидать, имеют (вернее, имели) гигантскую светимость, потому что первый мил­лиард лет своей истории звезды, по-видимому, рожда­лись особенно интенсивно — за это время возникла сфе­роидальная составляющая, появились тяжелые элемен­ты… Может быть, большая светимость молодых галак­тик когда-нибудь поможет нам увидеть их с такого расстояния?

Попытки обнаружить молодые галактики «издале­ка» пока были безрезультатными. По-видимому, причи­на этого не только в громадном расстоянии. Большое красное смещение, которое должно быть в их спектрах, дополнительно ослабляет потоки света, идущие от да­леких галактик. Удастся ли увидеть молодые галакти­ки— покажет будущее.

• ← Неправильні галактики
• Ядра галактик →