Галактики. Большой путеводитель по Вселенной - Джеймс Гич

Описывая свет, то есть электромагнитное излучение, я говорю – и намеренно, и случайно – о частоте и длине волн света как взаимозаменяемых понятиях. Иногда это происходит в результате установившихся обычаев в том или ином разделе астрономии (например, в случае радиоастрономии и оптической астрономии), но в основном это связано с тем, что описание энергии света через его частоту ничем не отличается от того же описания в терминах длины волны: они обозначают одно и то же явление, но относятся к разным аспектам природы электромагнитного излучения. В качестве понятного примера можно представить простую модель световых волн по аналогии с волнами в океане: если вы сидите в лодочке на якоре посреди океана, по которому пробегают волны, то показателем того, как ваша лодка ныряет на волнах то вверх, то вниз, и будет частота. А расстояние между соседними гребнями и впадинами – это длина волны. Теперь вы видите, как эти два показателя связаны. Хотя волновая модель – один из способов описания процесса распространения излучения, где свет проявляется как колебания «моря» электромагнитных волн, далее я буду описывать свет в квантовой модели, где он распространяется в виде фотонов. В любом случае частота и длина волн света, будь то радиоволны, видимый свет или рентгеновское излучение, соотносятся с энергией электромагнитного излучения.

Есть два важных вопроса, которые я хотел бы обсудить в этой книге. Во-первых, во Вселенной существует множество самых разных видов галактик. Во-вторых, эти галактики не всегда были там, где находятся сейчас, и меняются по мере движения Вселенной – астрономы используют термин «эволюционируют». Разумеется, мы все еще сталкиваемся со сферами, где нам недостает знаний и понимания, и поэтому здесь необходимо обращаться к теории, построению моделей и предположений, которые мы можем сопоставить с результатами наблюдений. И я позволю себе не извиняться за то, что некоторые примеры, на которые я буду опираться по мере повествования, пристрастны и основаны на моем личном исследовательском опыте. И я с самого начала признаю, что область охвата предмета настолько глобальна, что по необходимости мне приходилось приукрашивать, упрощать или вовсе опускать какие-то темы. Но моя задача – дать вам представление о том, что значит быть астрономом, показать с практической стороны, как мы проводим измерения и эксперименты и как это привело нас к современному уровню понимания Вселенной.

И если повезет, то к концу этой книги я смогу убедить вас в том, что астрономия – это невероятно разнообразное, богатое и восхитительное пространство для исследований, и показать вам те замечательные вещи, которые мы как вид смогли узнать за изумительно короткий период нашей истории.

Глава 2

Шаг за пределы Галактики

Во Вселенной существует невероятное разнообразие видов и типов галактик, и наша – лишь одна из миллиардов. Конечно, множество из них похожи на наш спиральный Млечный Путь и построены по так называемой спиральной модели с упорядоченной структурой (гранд-дизайн; это обозначение – просто сокращенный вариант для описания сложности этих объектов) и различными уровнями. Так, есть спиральные галактики, которые имеют в центре перемычку (бар); есть маленькие, неправильные и аморфные галактики; есть галактики, сливающиеся и взаимодействующие с искаженными в результате этого процесса формами; наконец, встречаются и массивные галактики без явно выраженного ядра, при этом представляющие собой гигантское сферическое или эллиптическое скопление звезд. Такие галактики отличаются по химическому составу, содержат разные типы звезд и формируют новые звезды с разной частотой. Масса Млечного Пути за счет возникновения новых звезд каждый год увеличивается на массу нескольких Солнц; в самых активных галактиках формирование новых звезд происходит в сотни раз быстрее, чем в нашей, а в некоторых они вообще не рождаются. Расположение галактик в космическом пространстве тоже не случайно: они выстраиваются в определенные системы, структуру которым задает лежащая в основе всего мироздания гравитация. Разные типы галактик, как правило, и располагаются по-разному. Цель моего исследования – внести свой вклад в наше понимание того, почему галактики такие, какие есть, и как они появились. Почему галактик так много? Какие процессы их сформировали и как вся эта система менялась по мере развития Вселенной? Все, что нам сегодня известно, является результатом десятилетий кропотливого и терпеливого наблюдения за небом для сбора данных, позволяющих нам подобрать ключи к ответам на эти вопросы.

Изображение галактики M74 со структурой типа гранд-дизайн представляет захватывающий вид на самые разные элементы, составляющие эту спиральную галактику, расположенную исключительно удобно для наблюдений с Земли. Яркое светло-желто-оранжевое ядро сияет светом миллиардов звезд – в среднем они старше, чем синие (и более молодые) звезды, которые видны сквозь галактический диск. Пятна красного цвета, напоминающие всполохи лесных пожаров на аэрофотосъемке, показывают области HII, где формирующиеся в гигантских облаках молекулярного газа звезды ионизируют водород – точно так же, как это происходит в нашей Галактике. Сквозь диск и спиральные рукава тянутся кружева межзвездной пыли, словно темный автограф из пепла давно погибших звезд

Сердце галактики Водоворот – еще одной прекрасной спиральной галактики, которая также хорошо видна с Земли. Снимок показывает сложную структуру этих «островов Вселенной». Два спиральных рукава, отходящих от ядра, отличаются особенной яркостью из-за присутствия в них областей ионизированного водорода и густых слоев пыли. Обратите внимание на взаимосвязь расположения участков пыли и мест активного формирования звезд

Эффектный вид на спиральную галактику NGC 4921, которая входит в скопление галактик Волосы Вероники, или скопление Кома. Рукава этой галактики не так ярко выражены, как у других ее спиральных «коллег» вроде галактики Водоворот, – возможно, в силу того, что NGC 4921 не так интенсивно производит звезды в своем диске. Это может быть связано и с плотностью межзвездного скопления: часть газа, который необходим для образования звезд, была захвачена во время прохождения галактики через плотную раскаленную межгалактическую среду. Фон снимка обнаруживает несчетное количество дальних галактик самых разных типов: они кажутся гораздо меньше и бледнее, чем NGC 4921

Галактика Черный Глаз, или М64, – пример особенно переполненной пылью спиральной галактики, на что указывает толстая полоса в ее центре, блокирующая бо́льшую часть звездного света

NGC 1300 – спиральная галактика с перемычкой. Яркие спиральные ветви, начинающиеся на концах линейной структуры перемычки, светятся из-за присутствия в них