Галактики. Большой путеводитель по Вселенной - Джеймс Гич

Когда сверхновая гибнет, взрыв быстро распространяется наружу, как надувающийся воздушный шар, врезаясь во все, что находится поблизости, сметая тяжелые элементы и рассеивая их в окружающем пространстве. Со временем благодаря непрерывной детонации других сверхновых (скорость появления сверхновых звезд в галактике связана со скоростью, с которой в ней образуются новые звезды) межзвездная среда обогащается новыми элементами – металлами, которые сформировались в звездах. Взрывные волны сверхновых наряду с дующими с поверхностей звезд ветрами, вращением или другими внутренними движениями самой галактики приводят к перемешиванию этой обогащенной межзвездной среды.

Облако водорода, обогащенное металлами, может снова разрушиться, образуя новые звезды. Водорода чрезвычайно много: он не расходуется полностью «за один раз», поэтому образование звезд в галактиках может поддерживаться довольно долго. Звезды, которые образуются в таком облаке, будут сильнее обогащены металлами, чем предыдущее поколение. Кроме того, эти новые звезды после своего рождения окружены пылевыми дисками. Таков процесс происхождения новых солнечных систем; внутри этих пылевых дисков могут образовываться новые планеты. Наша Солнечная система сформировалась точно так же. Такие планеты, как Земля, состоят в основном из железа и кремния; как мы знаем, Земля содержит и множество других элементов, из которых наиболее важные для нас – углерод и кислород, делающие жизнь такой, какой мы ее знаем.

Изящные линии розово-синей туманности на изображении – это остатки сверхновой Вела, взорвавшейся более 10 000 лет назад в нашей Галактике. Сверхновые – это бурная гибель массивных звезд; они являются участниками распределения в межзвездной среде материала, образовавшегося в ходе эволюции звезд. Также они отвечают за сбрасывание энергии в непосредственно прилегающие к ним области, когда сила взрыва разгоняет окружающие газ и пыль. Это может расчистить часть газа вокруг областей звездообразования и, следовательно, помочь регулировать образование новой звезды за счет контроля количества плотного газа, поддающегося гравитационному разрушению. Совокупным эффектом многих сверхновых, взрывающихся в галактике, может быть галактический ветер, который вытесняет из нее газ и пыль. Сверхновые настолько ярки, что их можно наблюдать на космологических расстояниях

Светящаяся газовая оболочка, которая является остатком сверхновой, SNR 0509-67.5 – еще одна демонстрация того, как элементы, генерируемые в звездах, могут рассеиваться в межзвездном пространстве

Когда примерно через 5 млрд лет наше Солнце сожжет водородное топливо и умрет, оно не станет сверхновой (для этого оно недостаточно массивно), а превратится в расширяющегося красного гиганта: Солнце поглотит и сожжет все ближние планеты, а также, скорее всего, уничтожит или как минимум серьезно повлияет на дальние газовые гиганты. В конце концов благодаря своим смертельным конвульсиям и потере внешних слоев за 10 млрд лет Солнце обогатит нашу солнечную среду новым поколением тяжелых элементов, что немного увеличит металличность Млечного Пути. Однажды, в далеком будущем, некоторые элементы из этих материалов могут попасть в новую планетарную систему и, возможно, в совершенно новую экосистему. Люди смогут избежать судьбы Солнечной системы, научившись межзвездным путешествиям или хотя бы отправившись в безопасное место между звездами. У нас в запасе есть еще около 5 млрд лет, чтобы придумать, как сделать это.

Эта почти круглая оболочка представляет собой остаток сверхновой SN 1006, показанный в радио (красный), видимом (желтый) и рентгеновском (синий) свете. Изображение демонстрирует расширяющуюся оболочку горячих газов, унесенных взрывом звезды в нашей Галактике (рентгеновские лучи показывают излучение самого горячего газа). Звезда взорвалась около 1000 лет назад, и теперь продукты звездной эволюции – тяжелые, а также другие элементы, выкованные в самом сердце взрыва, – рассеиваются обратно в межзвездную среду. Таким образом, сверхновые играют роль в обогащении межзвездной среды галактик, которая должна быть включена в новые поколения звезд, где тяжелые элементы могут образовывать такие объекты, как планеты и человечество. Их взрывная сила также выбрасывает энергию в межзвездную среду, и эта обратная связь может управлять мощными галактическими ветрами, которые переносят материю от мест образования звезд и, в экстремальных случаях, от диска самой галактики

Конец звезды: туманность Кошачьего Глаза в Млечном Пути. Эта чрезвычайно сложная структура представляет собой останки звезды, которая потеряла свои слои на последних стадиях звездной эволюции, породив так называемую планетарную туманность. В центре формируется компактный белый карлик, остающийся от ядра звезды. Гибель звезд, конечная фаза звездной эволюции, – неотъемлемая часть общей эволюции галактик, поскольку она позволяет рассеивать в межзвездную среду тяжелые элементы, образующиеся внутри звезд в течение их жизни. Эти тяжелые элементы, или металлы, обогащают межзвездную среду и смешиваются с новыми поколениями звезд. Наилучшим подтверждением тому служит наша Солнечная система: существование планет и людей обусловлено тем, что облако газа, из которого образовалось Солнце, было загрязнено пеплом мертвых звезд. Кошачий Глаз – предвестие судьбы нашего Солнца, которая ожидает его через 5 млрд лет

Постоянный коллапс газовых облаков в процессе создания новых звезд, а также рециркуляция и постепенное обогащение межзвездной среды в результате эволюции звезд – ключевой процесс в эволюции галактик. Моя работа включает изучение галактик на большом красном смещении далеко за пределами нашей Местной группы – значительно дальше краев нашего кубика 1 × 1 м. Одна из важнейших концепций заключается в том, что, хотя мы говорили о связи между красным смещением и расстоянием, я не воспринимаю галактики, которые я изучаю, как невероятно далекие космические объекты (хотя они действительно далеко). Я считаю их отдаленными во времени, а не современными Млечному Пути. Расстояния между ними настолько велики, что испускаемый «далекими» галактиками свет, который мы видим, физически был излучен в древнем прошлом – миллиарды лет назад. Так что на самом деле мы измеряем то, какими были галактики, когда Вселенная была моложе. Некоторые отдаленные галактики сейчас (в этот самый момент) стали уже совсем другими, но мы не можем этого увидеть, потому что этот свет еще не дошел до нас.

Однако это не так уж и плохо, потому что, глядя в прошлое, мы можем понять, как космос и все его содержимое изменялись в процессе своей эволюции. Наблюдая за все более отдаленными галактиками, мы смотрим все дальше и дальше в прошлое. В этом суть моих исследований – изучение эволюции галактик.

Давайте очень кратко повторим все, что мы знаем, прежде чем продолжить наше путешествие. Мы оказались в ловушке на планете, вращающейся вокруг звезды, которая сама вращается – наряду с