Наша Галактика – Млечный Путь

Гало по форме напоминает слегка сплюснутый эллипсоид с наибольшим диаметром, немного превосходящим  поперечник диска. Эту часть нашей  звездной системы населяют главным  образом старые и слабосветящиеся  звезды, а газ и пыль там практически  отсутствуют.  Масса  гало и диска примерно одинакова. Обе эти  части  Галактики  погружены в огромную сферическую корону, диаметр которой в 5—10 раз больше диаметра  диска.  Возможно,  что корона  содержит  главную  массу Галактики в форме невидимого пока вещества  («скрытой массы»). По некоторый оценкам эта «скрытая масса» примерно раз в 10 больше массы всех обычных звезд Галактики, сосредоточенных в диске и гало.

Такова общая картина. Важны  и детали.  Внутри Галактики существуют  разные  по масштабам звездные  системы — от  двойных звезд до скоплений из десятков тысяч звезд. Различают и более крупные подсистемы в нашей звездной системе. Существенный элемент структуры Галактики - межзвездная среда, пылевые и газовые туманнос-ти. Со всем этим более подробно мы сейчас и ознакомимся.

СОДРУЖЕСТВА ЗВЕЗД

Очень многие звезды «предпочитают» странствовать не в одиночку, а парами. Вполне естественно считать,  что  близость  компонентов в системе двойной звезды имеет глубокие причины. Две звезды объединились в одну систему не при случайной  встрече  в  бескрайних просторах  космоса  (что  весьма маловероятно), а возникли совместно. В последнем случае их физические свойства должны, по-видимому, быть сходными, хотя известны и такие пары звезд, где компоненты не  имеют друг  с  другом  почти ничего общего. Приведем примеры.

Рядом с Сириусом есть замечательная звездочка — это открытый в 1862 г. первый «белый карлик». В последнее время за спутником Сириуса («Песьей звездой» древних египтян) укоренилось даже собственное имя — Щенок. Щенок лишь вдвое уступает по массе Сириусу, а  по объему—в  10³ раз. Ясно поэтому, что  плотность вещества спутника  Сириуса  очень  велика. Если бы можно было этим веществом наполнить волейбольный мяч, последний приобрел бы весьма солидную массу—около 160 т!

Сириус и Щенок—система из двух солнц, двойная звезда. Но как не похожи они друг на друга. Впрочем, астрономам известны и другие, куда более странные содружества.

В созвездии Цефея есть двойная  звезда, обозначаемая символом VV. Главная  звезда —колоссальный холодный сверхгигант, по диаметру в 1200 раз превышающий Солнце. Его спутник—обычная и горячая звезда, по-видимому, с обширной, «толстой» атмосферой. Главная звезда  превышает  свой  спутник  по объему почти в 2 000 раз.

Странных содружеств  в  мире звезд очень много. Их происхождение остается пока невыясненным. Справедливость  требует,  однако, заметить, что есть немало и таких систем, в которых звезды как две капли воды похожи друг на друга.

Вот, например, система четырех  звезд из созвездия Лиры, которую  астрономы обозначают буквой «эпсилон».  Все четыре  звезды  очень похожи друг на друга. Они больше, массивнее и ярче Солнца, и каждая из них , скорее напоминает Сириус.

Особенно  замечательна  пара звезд-гигантов,  сливающаяся  для невооруженного глаза в одну звезду — Капеллу.  Они  схожи,  как близнецы, и их тесное, в буквальном смысле слова, содружество  (расстояние  между  ними — миллионы километров) заставляет обе звезды обращаться вокруг общего центра масс почти за три месяца.

Когда две звезды находятся друг от друга на расстоянии, сравнимом  с их поперечниками, они неизбежно  теряют свою сферическую форму. Взаимное притяжение оказывается настолько  мощным, что обе звезды под действием  приливных сил вытягиваются  в  направлении  друг к  другу.  Вместо  шара  каждая звезда становится трехосным  эллипсоидом,  причем  наибольшие  оси эллипсоидов  всегда  совпадают  с прямой, соединяющей центры обеих звезд.

Одним из типичных представителей этого класса звезд является звезда W из созвездия Большой Медведицы. В этой системе из двух дынеобразных заезд движение, как обычно, совершается вокруг общего центра масс. Оно весьма стремительно: звезды так близки друг к другу,  что  через  восемь  часов каждая из них снова возвращается в первоначальное положение. Любопытно, что обе «звездные дыни» как две капли воды сходны между собой.  Благодаря равенству масс центр тяжести лежит в точности посередине между звездами, и обе они, в сущности, обращаются по одной общей круговой орбите.

При наблюдениях с Земли оба  компонента этой системы неразличимы  в отдельности даже в сильнейшие телескопы. Все сведения о  природе звезды W Большой  Медведицы были получены исключительно по наблюдениям изменения ее видимой звездной величины. Нетрудно сообразить, что, обращаясь вокруг  общего  центра  тяжести, дынеобразные  светила  поворачиваются к нам то более широкой, те более узкой своей частью. По этой причине звезда W Большой Медведицы принадлежит к числу переменных звезд, т е. звезд, поток излучения от которых изменяется. Тщательный анализ кривой изменения потока от W Большой Медведицы и раскрыл перед астрономами все удивительные свойства этой двойной системы.

Иногда  дынеооразными  могут быть самые  крупные,  массивные из звезд. Примером может служить уникальная система АО Кассиопеи, в сравнении с которой предыдущая пара выглядят весьма миниатюрной.

Обе,  звезды  в  системе  АО Кассиопеи—горячие гиганты, температура атмосферы которых около 25000  К.  Каждый из  гигантов почти в 30 раз массивнее Солнца и в 200—300 тыс. раз превосходит его по светимости.

Расчеты показывают, что расстояние между центрами этих горячих  гигантов  составляет  всего 25  млн.  км.,  а  вытянутость их такова, что обе исполинские «дыни» касаются друг друга! И вся эта система быстро вращается с периодом всего в несколько часов!

Звезду βЛиры  можно  без всяких колебаний назвать замечательной. Как и звезда W Большой Медведицы, β Лиры  состоит из двух  дынеобразных  звезд,  обращающихся вокруг общего центра тяжести. Большая из них—горячая гигантская звезда, атмосфера которой нагрета до 15000 К. Меньшая звезда вдвое холоднее, и ее излучение совершенно теряется в потоках света, излучаемых главной звездой.      

На β Лиры впервые обратили внимание в конце  ХVШ в., но,  несмотря на тщательные исследования в течение почтя двух веков этой яркой звезды, ее природа до  недавнего времени, казалась загадочной. Особенно сложными и непонятными были спектр звезды и те изменения, которые в нем наблюдались. Сейчас эти световые «ияеро-глифы» расшифрованы, и результаты  проведенного  исследования схематически представлены на рисунке.

От главной звезды В9 к ее спутнику F  непрерывно  извергаются потоки  газового  вещества.  Они огибают спутник  и возвращаются к главной звезде, образуя, таким образом, непрерывную циркуляцию газа. Но инертность газа и вращение спутника вокруг главной звезды приводят к тому, что часть газа, находящегося  за  спутником,  на стороне, противоположной направлению на главную звезду, улетучивается во внешнее пространство. При этом газ, удаляясь от звезды, образует огромное  газовое кольцо. Нечто сходное можно иногда увидеть  при  фейерверках,  когда особые вертушки  выбрасывают в воздух светящиеся спирали.

Кольцеобразный газовый шлейф β  Лиры — образование динамическое. Оно непрерывно рассеивается в пространстве, и его кажущаяся стабильность объясняется непрерывным пополнением газового вещества идущего от вращающейся звездной пары.

Доступная нашему наблюдению газовая  спираль имеет почти такой  же размер, как наша планетная система. Луч зрения лежит как раз в  ее плоскости, и только благодаря  этому  случайному  обстоятельству удалось обнаружить ее существование.  Кольцо  вуалирует  спектр главной  звезды,  и  именно этим вызваны   странные   особенности спектра  β Лиры. Если бы систему  β Лиры мы наблюдали «сверху» или «снизу», она показалась бы нам самой обычной звездой.

На зимнем  небе в созвездии Близнецов выделяются две звезды, сходные по яркости друг с другом. Верхняя из них называется Кастором, а нижняя - Поллуксрм. Оба эти имени мифологического  происхождения.  Согласно  легендам древних греков, так звали двух близнецов, рожденных красавицей Ледой от всемогущего Зевса.

Еще  в  1718  г.  английский астроном Д. Брадлей (1693-1762) открыл, что Кастор—двойная звезда, состоящая из  двух  горячих и крупных солнц. Вскоре удалось заметить, что обе звезды весьма медленно обращаются вокруг общего центра. К сожалению, до сих пор период обращения в этой системе не может считаться уверенно определенным.  Наиболее надежным его значением считается 341 год.

Трудности, с которыми приходится сталкиваться астрономам, станут  более понятными, если осознать, что видимое движение в системах двойных звезд не есть движение истинное. Дело в том, что плоскость, в которой спутник совершает  обращение вокруг  главной звезды, обычно наклонена под некоторым  углом  к  лучу  зрения. Поэтому астрономы видят не истинную орбиту звезды и не истинное ее движение, а только проекцию того и другого на плоскость, перпендикулярную к лучу зрения.

Все это сильно затрудняет исследования. Отсюда проистекает и та неточность результатов, с которыми мы сейчас столкнулись.

Кастор А и Кастор В (как обозначают астрономы компоненты интересующей  нас  пары)  отстоят друг от друга примерно в 76 раз дальше, чем Земля от Солнца. Иначе говоря, обе звезды разделяет расстояние, почти вдвое превышающее среднее расстояние Плутона от Солнца.

Около полутора веков назад поблизости от Кастора была замечена слабосветящаяся   звездочка   9-й звездной величины, сопровождающая Кастор А и Кастор В в их полете вокруг центра Галактики. Если звезды видны на небе вблизи друг от друга и движутся в одном направлении и с одной скоростью — это верный признак того, что звезды физически связаны между собой. Поэтому уже с начала века Кастор считается не двойной, а тройной звездой.

Кастор С — третий  компонент в рассматриваемой системе солнц — полная противоположность Кастору А и Кастору В. Это карликовая красноватая звездочка. Расстояние между ней и главными звездами системы во всяком случае не меньше чем 960 а. е. Заметим, что измеренное расстояние есть проекция на небосвод истинного расстояния.

При значительной удаленности от главных  звезд Кастор С обращается вокруг них с периодом в десятки тысяч лет! Неудивительно, что за полтора века наблюдения Кастор С не сдвинулся  со своего места на сколько-нибудь ощутимую величину.

Любопытнее всего, что каждая из  трех  звезд,  с  которыми  мы сейчас познакомились, в свою очередь, представляет собой настолько тесную пару звезд, что «разделить» их удается только методами спектрального анализа.

Кастор А и Кастор В распадаются на две пары близнецов, расстояния между которыми составляют около 10000000 км! Это в пять раз  меньше,  чем  расстояние  от Меркурия до Солнца. Весьма возможно, что все четыре звезды под действием взаимного тяготения приобрели дынеобразную форму трехосных эллипсоидов,

Что касается Кастора С, то и эта  звезда состоит из двух близнецов-карликов, удаленных друг от друга на 2700000 км, что лишь вдвое превышает диаметр Солнца.

По случайному стечению обстоятельств плоскость, в которой обращаются оба двойника Кастор С, проходит через луч зрения земного наблюдателя. Благодаря этому одна звезда   периодически   закрывает часть другой,  из-за  чего  общий поток излучения от системы уменьшается. Применяя астрономическую терминологию, можно сказать, что Кастор С  является затменно-переменной звездой.

Перед нами раскрылась удивительная картина — система из шести звезд, связанных между собой узами взаимного тяготения: две пары горячих огромных звезд и  пара холодных  красноватых  карликов, непрерывно участвующих, в сложном движении.  Двойники  Кастор  А совершают оборот вокруг общего центра масс всего за 9 дней. Двойники Кастор В, несколько более близкие друг к другу, имеют еще меньший период обращения—только .3 дня. И уж совсем головокружительным кажется вращение карликов, которые ухитряются обернуться вокруг центра масс всего за 19 ч! От 19 ч до десятков тысяч лет — таково разнообразие периодов обращения  в  этой  удивительной системе звезд.

Долгое   время   шестикратная система Кастор считалась уникальной. Однако в  1964  г.  обнаружили, что хорошо известная двойная  звезда  Мицар  (средняя  в ручке ковша Большой Медведицы) также, по-видимому, должна быть отнесена к шестикратным системам. Действительно, уже невооруженный глаз легко обнаруживает рядом с Мицаром звездочку пятой звездной величины, названную Алькором. Обе звезды имеют общее движение в пространстве и потому, по-видимому,  образуют  физическую  пару звезд. В небольшой телескоп Мицар распадается на два компонента — Мицар А и Мицар В. По наблюдениям спектра Мицара А давно установлено, что эта звезда, в свою очередь, состоит из двух компонентов с периодом обращения вокруг общего  центра  тяжести,  равным двадцати с половиной земным суткам. И вот, наконец, в 1964 г. выяснилось, что Мицар В, казавшийся до тех пор одиночной звездой,  на  самом деле состоит из трех звезд. Две из них близки друг к  другу  и  обращаются  вокруг общего центра масс за 182 сут. Третий же, далеко отстоящий от них компонент  обладает  значительно большим периодом обращения, равным 1 350 сут. 

 В настоящее время известны  десятки тысяч двойных звезд, так что содружества звезд — явление очень частое. Возможно, более половины всех звезд являются двойными.

ЗВЕЗДНЫЕ СКОПЛЕНИЯ

Первое знакомство всегда бывает внешним. Поэтому мы прежде всего обратим внимание  на  фотопортрет типичного шарового звездного скопления. Каждое шаровое скопление—это своеобразный исполинский шар из звезд, или, применяя более специальную терминологию, типичная сферическая звездная система. Бросается в глаза в общем равномерная  по  всем  направлениям концентрация звезд к центру скопления. В сердцевине шаровых скоплений звезд так много и они так плотно расположены в пространстве, что на фотографиях видно лишь сплошное сияние.