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.

Галактика клубится звездной пеной,

То гасит, то вздувает очаги..

Л. Стекольников

В свете представлений, изложенных выше, нормаль­ные галактики, составляющие большинство в мире га­лактик, образовались примерно 10—20 млрд. лет на­зад, т. е. имеют возрасты, охватывающие заметную долю длительности космологического расширения. Следо­вательно, только что сформировавшиеся галактики дол­жны обладать довольно большими красными смещения­ми. Наблюдая сейчас один из самых далеких квазаров, у которого красное смещение z = 3,53, мы можем быть уверены, что галактика, в центре которой локализован данный квазар, в основном сформировалась не позже момента, когда возраст Метагалактики был раз в 5 меньше современного. Находящиеся еще в процессе фор­мирования или близкие к его завершению галактики с большим красным смещением часто называют «перво­бытными». Можно сказать, что «первобытные» галак­тики стоят в таком же отношении к протогалактикам, как первобытный человек к своему еще более далекому предку, от которого он произошел.

В связи с тем что еще имеется много неопределен­ностей в современных представлениях о ранней фазе об­разования галактик, было бы очень важно обнаружить и тщательно исследовать такие галактики. Их внешний вид и возможность наблюдать зависят в основном от четырех характеристик: светимости, красного смещения, пространственной структуры и содержания газо-пылевой компоненты. Обсудим, какими можно ожидать эти фак­торы у галактик в пору их «первой молодости».

Яркая фаза. Пожалуй, важнейшая особенность «пер­вобытных» галактик — их необычайно высокая светитмость. Период, в течение которого они обладали огром­ной светимостью, принято называть яркой фазой. На ее неизбежность указывает ряд причин, но мы здесь упо­мянем только одну из них. Хорошо известно, что нали­чию металлов в нашей и других галактиках мы обязаны существованием в природе сверхновых звезд. Между тем измерения количества металлов, произведенного при вспышке отдельной сверхновой, в сочетании с данными о нынешней частоте вспышек с неоспоримостью говорят, что эти частоты сейчас слишком малы, чтобы вспышки могли образовать имеющиеся металлы. Последнее воз­можно лишь при условии, что частота вспышек сверх­новых на протяжении первых 108—109 лет жизни галак­тик была в десятки, раз выше современного значения. Но сверхновые — сами продукт эволюции достаточно массивных звезд, и при этом они составляют малую часть всех молодых массивных звезд, определяющих полную светимость галактики. Следовательно, «первобытные» галактики должны были обладать огромными светимостями.

Имея в виду это свойство, благоприятное для обна­ружения далеких объектов, астрономы в течение послед­него десятилетия приложили много усилий, чтобы найти «первобытные» галактики. Хотя поиски оказались пока безуспешными, они позволили получить существенные ограничения на структуру «первобытных» галактик. От­рицательные результаты поисков говорят, что протога­лактики не были протяженными объектами с низкой по­верхностной яркостью, т. е. модель протогалактики в ви­де протяженного облака, в котором большинство звезд образовалось еще до стадии сжатия облака, оказывает­ся неудовлетворительной. Другими словами, яркая фа­за была, скорее всего, на стадии сжатия протогалакти­ки, а не (предшествовала ей.

В обсуждавшихся ранее моделях Ларсона, описыва­ющих превращение сжимающихся протогалактик в га­лактики, максимум звездообразования приходится (при­мерно на тот же период времени, когда происходила стадия свободного падения. Расчеты показывают, что галактика с массой 1011 Мс, подобная нашей Галакти­ке, будет иметь на протяжении стадии свободного па­дения скорость звездообразования порядка 100— 1000 Мс в год, и это соответствует светимости не менее 3•1011—3•1012 Lc, т. е. от 30 до 300 раз выше сегод­няшней светимости типичной галактики с массой 1011 Мс. У более массивных эллиптических галактик (правда, они и более редкие) светимость должна ока­заться еще на порядок выше. Стадия свободного паде­ния, с которой примерно совпадает яркая фаза «перво­бытных» галактик, ожидается в интервале красных сме­щений 3<z<30, хотя эти пределы (особенно нижний) могут быть и немного иными.

«Первобытные» галактики и квазары. По каким при­знакам, помимо высокой светимости и больших красных смещений, можно обнаружить «первобытные» галакти­ки? Опираясь на модели Ларсона для сжимающихся протогалактик, Д. Мейер (США) пришел к заключе­нию, что эти протогалактики, несмотря на куда боль­шие размеры, по сравнению с современными эллиптиче­скими галактиками будут выглядеть намного более ком­пактными! Причина этого лежит в том, что максимум звездообразования молодых массивных звезд и соответственно огромная их светимость будут иметь место лишь в центральной области (размером менее 10 кпс) протогалактики. Поэтому «первобытная» галактика, на­ходящаяся в яркой фазе, должна обладать угловым размером порядка 1″, т. е. выглядеть как звезда. Пра­вильнее, пожалуй, было бы сопоставить ее внешний вид с типичным квазаром, поскольку ему присущи и гигант­ская светимость, и огромное красное смещение, и ма­лый угловой размер.

Это внешнее сходство не раз давало повод для воп­роса (а нередко и для решительного утверждения), не находятся ли «первобытные» или очень молодые галак­тики просто-напросто у нас «под носом» в виде кваза­ров.

На первый взгляд в пользу этого говорит немало фактов. Конечно, излучение типичного квазара, как мы хорошо знаем, не обусловлено одной лишь совокупно­стью звезд, но ведь и полное излучение «первобытной» галактики не сводится только к блеску множества мо­лодых горячих звезд. В самом деле, вспышки сверхно­вых и образующиеся при этом пульсары могут дать мощное радиоизлучение от «первобытной» галактики. Космические лучи, генерируемые сверхновыми, при сво­их соударениях с межзвездным газом (существенная часть которого еще не превратилась в звезды) дадут гамма-излучение с мощностью, в 104—105 раз превос­ходящей сегодняшнюю гамма-светимость Галактики. Ударные волны от вспышек сверхновых могут обеспе­чить мощное рентгеновское излучение. Пыль, нагретая радиацией горячих звезд, проявит себя сильным инфра­красным излучением. Казалось бы, чего же еще недо­стает, чтобы отождествить «первобытные» галактики с квазарами и тем самым «закрыть» сразу две проблемы современной астрофизики?

Несмотря на свое правдоподобие эта гипотеза не вы­держивает критики. Переменность, свойственная боль­шинству квазаров, означает, что подавляющая часть из­лучения этих объектов исходит из очень компактной об­ласти, которая ни по размеру (0,1—0,01 пс), ни по мас­се (108—109 Мс) не сопоставима с ожидаемыми разме­рами и массами «первобытных» галактик. Трудность встречает даже более слабое допущение, что квазары — это зарождающиеся ядра протогалактик. Сверхновые, вспышками которых следовало бы тогда объяснить активность ядра, составляют только малую часть массив­ных звезд, а между тем тепловое излучение последних вместе с излучением ионизированного газа и нагретой пыли должно было бы доминировать над излучением ядра. Этого не наблюдается во всяком случае у сильно переменных квазаров, которые изучены лучше других. Кстати, анализ спектров квазаров показал, что пыли — непременного спутника областей звездообразования в нашей и многих других галактиках — в квазарах очень мало.

Следует отметить, что приводимые доводы лишают, по-видимому, права претендовать на роль «первобыт­ных» галактик лишь сильно переменных квазаров. Д. Мейар предложил поискать данные галактики среди более «спокойных» квазаров и указал среди них не­сколько конкретных кандидатов. Подобные галактики, возможно, надо искать и среди квазизвездных галактик (квазаров) — объектов с очень слабым радиоизлучени­ем.

Молодые и «омоложенные» галактики. Независимо от того, как скоро удастся найти «первобытные» галак­тики, остается надолго весьма актуальной задача обна­ружения достаточно молодых галактик, промежуточных по возрасту между «первобытными» и современными. При этом надо иметь в виду, что образование основной части галактик в давние эпохи, соответствующие боль­шим z, вовсе не означает, что этот путь должны были копировать все галактики. Вероятно, образование моло­дых галактик может иметь место и в настоящее время из сохранившегося межгалактического газа, подобно тому как в галактиках из имеющегося там газа проис­ходит образование молодых звезд и в нашу эпоху.

Какие свойства можно ожидать у молодых галак­тик?

Такие галактики должны существенно отличаться от обычных в целом ряде пунктов: помимо множества мо­лодых звезд у них ожидается значительно большая про­порция несконденсированного газа и пыли (распреде­ленных, возможно, хаотически), интенсивное звездооб­разование, повышенная частота вспышек сверхновых, иррегулярные особенности в структуре, связанные с не­завершенностью релаксации, и т. п.

В последние годы астрофизики обсуждают несколь­ко необычных галактик, «подозрительных» в отношении их молодости. Одним из интересных объектов такого ро­да оказалась ближайшая к нам мощная радиогалакти­ка Центавр A (NGC 5128). В оптическом диапазоне это массивная сферическая галактика, состоящая из 1012 старых карликовых звезд. В то же время она перереза­на посредине широкой неправильной формы полосой пы­ли, газа и молодых звезд. Много «узлов» пыли, моло­дых звезд и ярких областей ионизованного водорода располагается также вне экватора. Необычные особен­ности галактики довершает активное ядро, которое со­держит чрезвычайно компактный переменный источник, проявляющий себя в радио-, рентгеновском и даже гам­ма-диапазонах.

Разобраться в причинах, вызвавших бурное звездо­образование в старой в целом галактике, нелегко. На первый взгляд напрашивается связать его с активно­стью ядра, например, с действием ударных волн, веро­ятно, генерируемых источником активности. Однако бо­лее правдоподобные представляется другое объяснение. К той же бедной группе галактик, куда входит NGC 5128, принадлежат спиральная галактика М 83, эллип­тическая галактика NGC 5253 и линзоввдная галактика NGC5102. Все они имеют существенные особенности. Так, галактика М83 очень богата газом и молодыми звездами. Радионаблюдения показывают, что этот газ тянется на несколько оптических радиусов галактики. Аномально голубой цвет, большая частота вспышек сверхновых свидетельствуют о том, что в этой галактике идет бурное звездообразование. Скромная по размерам Е-галактика NGC 5253 содержит «узлы» газа и моло­дых звезд; в ней были обнаружены две сверхновые. На­конец, галактика NGC 5102 тоже имеет голубой цвет и значительное содержание межзвездного газа, совершен­но не свойственное типичным S0-галактикам.

Все эти факты, вероятно, можно связать друг с дру­гом, если на данные галактики падают остатки первич­ного газа, из которого сформировалась данная группа, или «стекает» межгалактический газ из обширного об­лака, с которым столкнулась эта группа галактик. Труд­но предложить иное объяснение поведению этих галак­тик, — по существу, они реализовали собой уникаль­ную «схему совпадений», которая зарегистрировала не­который универсальный фактор, вызывающий на боль­шом протяжении одновременное звездообразование.

В пользу того, что причиной такого звездообразова­ния в самом деле является падение внешнего газа, го­ворит пример знаменитой «взрывающейся» галактики М82. Около 15 лет назад почти одновременно с откры­тием квазаров фотографии этой галактики обошли чуть ли не все научно-популярные журналы мира как иллю­страция взрыва галактического ядра, в результате ко­торого волокна газа с громадными скоростями разлета­ются из ядра по обе стороны от галактической плоско­сти. Однако теперь астрономы почти единодушны в том, что «взрывная» интерпретация данного объекта невер­на.

Нынешнее объяснение явлений, наблюдаемых в М82, исходит из того, что газовые волокна содержат также много пыли, которая отражает излучение многочислен­ных областей ионизированного водорода в центральном районе галактики; при учете этого скорости волокон оказываются сравнительно не велики. Новые наблюде­ния обнаружили в галактике много участков интенсив­ного звездообразования, имеются также основания по­лагать, что существуют очень частые вспышки сверхно­вых вблизи центра М 82. Так же как в описанных выше примерах, данная галактика погружена ,в обширное га­зовое облако, охватывающее и другие галактики, кото­рые входят с ней в одну группу — М 81 и NGC 3077. Обе эти галактики имеют высокое содержание газа, хаоти­чески распределенные пылевые области и высокую кон­центрацию молодых звезд. Все это, видимо, связано с падением внешнего газа. Наличие большого числа пы­левых волокон в М 82 легко тогда объясняется как ре­зультат взаимодействия падающего на эту галактику газа с горячим ветром, который дует от центральной области, будучи вызван активностью сверхновых.

Во всех этих примерах мы имеем дело, судя по все­му, не с молодыми, а с «омоложенными» галактиками. Этим термином можно было бы назвать сравнительно старую галактику, в которой под действием тех или иных факторов происходит вспышка звездообразования. За последние годы значительно возросло число галак­тик, где наблюдаются последствия подобных вспы­шек.

В свое время В. А. Амбарцумян указал на многочис­ленные примеры того, что молодые звезды рождаются не поодиночке, а целыми комплексами — ассоциациями и еще более обширными областями — сверхассоциация­ми, достигающими иногда размеров ~1 кпс. Анализ, кандидатов в «молодые» галактики позволяет сделать заключение, что звездообразование в галактиках явля­ется дискретным не только в пространственном отноше­нии, но оно дискретно и во времени. Представление о звездообразовании в галактике как о непрерывном про­цессе является, очевидно, чрезмерным упрощением. На самом же деле галактика «то гасит, то вздувает оча­ги».

Таким образом, открытие «первобытных» и молодых галактик еще впереди. Необычные же галактики, при­стально изучающиеся в последние годы, — видимо, все­го лишь «омоложенные» галактики. Тем не менее тща­тельное исследование последствий вспышек звездообра­зования в этих галактиках позволит значительно глуб­же изучить процессы рождения звезд и тем самым луч­ше подготовить нас к встрече с действительно «юными» галактиками.