Гайд по астрономии. Путешествие к границам безграничного космоса - Уильям Уоллер

карлик начинает подпитываться веществом от близкого спутника до тех пор, пока его масса не превысит критическую, — а после этого происходит коллапс, и гравитационная энергия, обретшая свободу, расходится по всему белому карлику, разрывая его на куски. Такая сверхновая типа Ia производит остатки, богатые тяжелыми элементами, но совершенно лишенные водорода, поскольку водородные оболочки звезды давно рассеялись. Яркие примеры такого рода — остатки сверхновых Тихо и Кеплера.

За пределами диска и в гало астрономы обнаружили странные облака, состоящие из холодного нейтрального атомарного водорода и медленно плывущие по внешней окраине Галактики. Эти облака называются «высокоскоростными», но на самом деле движутся вокруг Галактики гораздо медленнее, чем диск, в котором находимся мы. Их скорость кажется высокой только в том случае, если смотреть на них с нашей вращающейся точки обзора. Сейчас нам известно примерно двадцать таких облаков — и около десяти облаков промежуточной скорости, которые, по-видимому, приближаются к диску (рис. 7.7).

Рис. 7.7. Радиоастрономы обнаружили, что в галактическом гало присутствуют огромные облака атомарного водорода. Одно из крупнейших — Магелланов Поток. Он простирается от Большого и Малого Магеллановых Облаков (галактик-спутников Млечного Пути) на весь квадрант южного неба. (Автор композитного снимка: Ingrid Kallick [Possible Designs, Мадисон, Висконсин], данные: Bart Wakker [Висконсинский университет в Мадисоне].)

Хотя астрономы не уверены в их происхождении, высокоскоростные облака, скорее всего, относятся к первозданным — судя по тому, насколько в них распространены элементы, — и, по всей вероятности, представляют собой остатки исходного процесса формирования Галактики. Заметное исключение — Магелланов Поток, охватывающий бо́льшую часть южного небесного полушария. Скорее всего, этот высокоскоростной «облачный комплекс» выделился из Большого и Малого Магеллановых Облаков во время сближения этих галактик с Млечным Путем. По изобилию элементов в своем веществе Магелланов Поток, как и сами Магеллановы Облака, занимает промежуточное положение. Возможно, что облака промежуточной скорости, в отличие от большинства высокоскоростных облаков, могут представлять собой материю, прошедшую более сложную химическую эволюцию и некогда бывшую частью диска. Когда-то в прошлом — когда именно, нам неизвестно, — интенсивный всплеск звездообразующей активности в диске привел к выбросу этого вещества в гало. Теперь газ возвращается в диск в виде огромного галактического «фонтана».

Темное сердце Галактики

До развития радиоинтерферометрии в 1960-х и 1970-х годах о центре нашей Галактики было известно очень мало: его затемняют пылевые молекулярные облака, заполонившие диск вдоль нашего луча зрения. И более того, из примерно триллиона фотонов, исходящих из ядра Галактики, эту газопылевую полосу препятствий преодолевает, попадая на наши телескопы, только один видимый фотон. Однако радиоизлучение работает на гораздо более длинных волнах и поэтому может беспрепятственно проходить сквозь пылевые облака диска. Объединив несколько радиотелескопов в антенны, которые охватывают большие площади, астрономы смогли достичь углового разрешения, достаточного для составления подробных карт центра Галактики, — и обнаружили комплекс характерных черт газообразных объектов, которые больше в Млечном Пути не проявляются нигде.

Волнение начинается с углового масштаба примерно в 2′ — под таким углом с Земли видны крупнейшие лунные кратеры. При расчетном расстоянии в 27 000 световых лет эта угловая протяженность переводится в линейный размер, равный примерно 15 световым годам. Три рукава ионизированного газа, расположенные внутри фрагментированного кольца плотного молекулярного газа, образуют спиральный «круговорот», центр которого находится в ядре Галактики (рис. 7.8). Инфракрасное картографирование эмиссионной линии водорода, присутствующего в этих рукавах, выявило движения, совместимые с представлением о том, что газ одновременно стремится к ядру и вращается вокруг него. Само ядро испускает свет в форме синхротронного излучения — близкого к тому, которое производят наши мощнейшие ускорители заряженных частиц, — и электроны мчатся вокруг силовых линий магнитного поля со скоростью, близкой к скорости света. Все более эффективные комплексы радиотелескопов показывают, что размер излучающего ядра не превышает 1/10000 светового года — это протяженность пояса астероидов нашей Солнечной системы. Итак, перед нами удивительно компактная «машина», способная разгонять субатомные частицы до релятивистских скоростей (скоростей, близких к скорости света) и таким образом создавать мощное синхротронное излучение.

Инфракрасное наблюдение в масштабе 1/10 светового года позволило астрономам отслеживать отдельные звезды, идущие по орбитам вокруг неразрешенного галактического ядра. Нечто, расположенное в пределах этих орбит, заставляет звезды вращаться вокруг общего центра масс с периодами всего в несколько земных лет. Используя простое ньютоновское тяготение, астрономы подсчитали, что таинственный посредник, обладающий притяжением, имеет массу, эквивалентную примерно 4 млн масс Солнца, — и вся она сосредоточена в пределах периметра, не превышающего протяженность орбиты Плутона. Большинство астрономов уверены, что мы наблюдаем динамическое воздействие сверхмассивной черной дыры, скрытой в центре нашей Галактики. В числе других наблюдаемых эффектов можно упомянуть о странно изменчивом излучении, исходящем из области ядра в рентгеновском и гамма-диапазоне. Хотя ядро у нашей Галактики явно тусклое, если сравнить его активность с той, какую проявляют ядра некоторых других гигантских галактик, все же имеются все признаки того, что некогда оно было очень активным. И в недалеком будущем это может преподнести нам немало сюрпризов.

Рис. 7.8. Радиотелескопический снимок области ядра нашей Галактики. Миниспираль теплого ионизированного газа — Стрелец А — имеет размеры около 15 световых лет. Само ядро — Стрелец А* — является нетепловым источником синхротронного излучения, порожденного движением электронов с релятивистскими скоростями в присутствии сильных магнитных полей. В этой области почти не удалось выделить отдельные звезды, но она не может оказаться больше внутренней части Солнечной системы. (Материалы любезно предоставлены: F. Yusef-Zadeh, D. A. Roberts and W. M. Goss. Источник: Национальная радиоастрономическая обсерватория [Associated Universities Inc.], Национальный научный фонд.)

8. «Бродячий цирк» галактик и их космическая экспансия

История астрономии — это история удаляющихся горизонтов.

Эдвин Пауэлл Хаббл. Царство туманностей

Подобно гигантским кораблям, сияющим огнями в ночи, галактики придают необъятной и угрожающей тьме облик и суть. Почему природа выбрала эти самогравитирующиеся «сосуды» на роль пристанищ для большей части светящейся материи? Мы этого не знаем. Мы вполне способны представить мириады звезд и звездных скоплений, разбросанных по космосу, бессмысленных и аморфных, — или гораздо более крупные мегагалактики, простирающиеся на миллионы световых лет и содержащие сотни триллионов солнечных масс. Но астрономы обнаружили иное: оказалось, что большинство наблюдаемых галактик имеют размеры от нескольких тысяч до нескольких сотен тысяч световых лет, а их массы варьируются от нескольких миллионов до нескольких триллионов масс Солнца. Эти сравнительно ограниченные диапазоны размеров и масс перекликаются с размерами отдельных звезд, составляющими от одной десятой до тысячи радиусов Солнца, в то