Наша Галактика – Млечный Путь

Известно  более  130  шаровых звездных скоплений, хотя общее их число в нашей Галактике должно быть раз в десять большим. Поперечники  их  весьма  различны. У самых маленьких они близки к 5—10  св.  годам,  у  наибольших измеряются 500—600 св. лет. Различна и масса скоплений - от нескольких десятков тысяч до сотен тысяч солнечных  масс.  Так  как различия  в  массе  у  отдельных звезд невелики, можно считать, что шаровые звездные скопления содержат десятки, сотни тысяч, а иногда и миллионы звезд!

На фотоснимках шаровых скоплений  мы видим не действительное распределение звезд в скоплении, а лишь проекций этого распределения на плоскость. Выведены формулы,  позволяющие  перейти  от видимой картины к истинной. Оказалось, что пространственное распределение звезд в шаровых звездных  скоплениях  весьма  сложно. В самых общих чертах шаровые звездные  скопления состоят  из плотного центрального ядра и короны окружающей его, в пределах которой плотность меняется сравнительно мало.

Подмечено, что у разных скоплений  увеличение  концентрации  к центру  различно—у  одних  оно мало, у других выражено очень резко. И еще один любопытный факт — некоторые «шары из  звезд» заметно сплюснуты. Вызвано ли это их вращением или другими причинами, пока неизвестно.     

Для Плеяд, типичного рассеянного, с неправильными очертаниями звездного скопления, характерно  обилие  очень  горячих гигантских звезд. В шаровых скоплениях,  наоборот,  такие звезды редки или вовсе отсутствуют. Известно  около  1200  рассеянных звездных скоплений, .Каждое из них включает в себя от нескольких  десятков до нескольких тысяч звезд, в основном принадлежащий к главной последовательности.

Горячие белые и голубые звезды-гиганты — образования  весьма молодые,  существующие  не  более нескольких десятков миллионов лет (для звезд этот срок все равно что для человека несколько дней). Раз их нет в шаровых звездных скоплениях, значит, сами эти скопления  по-видимому, имеют весьма почтенный возраст.

О том  же свидетельствует и другой факт—в шаровых звездных скоплениях, за очень редким исключением, нет газовых или пылевых туманностей.  Межзвездное  пространство там почти идеально прозрачно. Так могло получиться, если, например, шаровые звездные скопления совершили  много оборотов вокруг ядра Галактики и каждый раз проходя через богатую глазом и пылью серединную плоскость нашей звездной системы, они оставляли там свои газы и пыль. Этот грандиозный  очистительный  «фильтр" действовал, безотказно и, возможно, благодари, ему шары из звезд так очищены от межзвездного «мусора».

Заметим, что в шаровых скоплениях  найдены  сотни  переменных звезд и источники рентгеновского излучения.

МЕЖДУ ЗВЕЗДАМИ

В созвездии Ориона темными зимними  ночами можно рассмотреть слабо  светящееся туманное  пятнышко. Его впервые заметили еще в 1618 г., и с тех пор на протяжении трех с половиной веков туманность Ориона служит предметом тщательного исследования.

Невооруженному  глазу  туманность Ориона кажется  размером с Луну. На фотоснимках, полученных при помощи мощных телескопов, она занимает, всё созвездие! Это невообразимо большое и очень сложное по своей структуре межзвездное облако космических газов находится от Земли на расстоянии 1800 св. лет.  

 Туманность  Ориона — типичный представитель первой группы межзвездных  объектов -  газовых туманностей.

Вторая, не менее многочисленная группа  межзвездных образований представлена в том же созвездии. Это знаменитая тёмная туманность, благодаря   своим   причудливым внешним  очертаниям  названная Конской  головой. Наибольший поперечник «голо-вы», в 20800 раз превышает расстояние от Земли до Солнца.

Конская голова состоит из мельчайшей твердой космической пыли.Облако  пыли  задерживает  свет расположенных за ним звезд, и поэтому на фоне звездного неба некоторые из пылевых туманностей имеют вид зловещих черных пятен. Из образований  подобного  рода наиболее заметна развилка Млечного Пути. В темные августовские ночи,  когда созвездие Лебедя  в наших широтах близко к зениту. Млечный Путь, начиная от Денеба - самой яркой звезды в Лебеде, двумя сверкающими потоками ниспадает  к горизонту.  Разделение Млечного Пути только кажущееся. Оно вызвано колоссальными и сравнительно близкими к нам облаками космической пыли, которая и создает эффект развилки.

Темные и светлые туманности, подобные описанным выше, легко доступны для наблюдения. Гораздо труднее  обнаружить  необычайно разреженную и почти совершенно прозрачную газовую среду, которая называется межзвездным газом.

Известно, что межзвездный газ  на самом деле представляет собой  смесь, главным образом, водорода и  гелия. Непрерывной дымкой заполняют  эти  газы  межзвездное пространство нашей Галактики, и нет  направления,  в котором  бы спектрограф не обнаруживал присутствия разреженной межзвездной среды.

Кроме газа и пыли есть и другие формы материи, которые совсем не оставляют места для пустоты.

Солнце и звезды, особенно некоторых типов и на определенных этапах своей эволюции, выбрасывают в пространство великое множество мельчайших частиц — корпускул. Среди них преобладают протоны и альфа-частицы, представляющие собой ядра наиболее легких химических элементов — водорода и гелия. Нет сомнения в том, что межзвездное  пространство  пронизывается  корпускулярными  потоками, или, как говорят, корпускулярным излучением звезд.

К этому  добавляются  потоки электромагнитного  излучения,  испускаемого  не  только  звездами, но и самой межзвездной средой. Часть этого излучения человеческий глаз воспринимает в виде света, другие  электромагнитные  волны, например радиоволны, могут быть уловлены с помощью тех или иных приемников. Вся эта лучистая энергия сплошь заполняет космос, по крайней мере в наблюдаемой нами его части. Нельзя указать ни одной точки пространства,  куда  бы не доходило в той или иной форме электромагнитное излучение.

Из закона всемирного тяготения  следует, что притяжение каждого  предмета может быть обнаружено на любом сколь угодно большом расстоянии. Проявление сил данной природы в  пространстве называется полем этих сил. Следовательно, протяженность поля тяготения любого тела, строго говоря, беспредельна. Оно, если угодно, может считаться своеобразным «продолжением» любого тела.

Поле  хотя  и  невещественно (т. е. не состоит из элементарных частиц вещества — электронов, протонов, нейтронов и т. п.), тем не менее  вполне  материально.  Ведь под  материей  понимается  любая объективная реальность, т. е. все то, что существует независимо от нас и, воздействуя на наши органы чувств, порождает в нас ощущения.

Два  тела,  состоящие  из  вещества, не могут одновременно занимать  один  и  тот  же  объем пространства. Для полей тяготения такого ограничения нет. Они совершенно беспрепятственно перекрывают друг друга, и в данном объеме пространства могут действовать совместно много полей и даже разной природы (электрические, магнитные и т.д.).

Все сказанное о гравитационном поле в полной мере относится к  полям электромагнитным, наличие  которых в космосе также можно  считать твердо установленным.

Возвращаясь к веществу между звездами,  заметим,  что  в  окружающей нас земной обстановке нет ничего, что хотя бы в отдаленной степени напоминало сверхразреженную  межзвездную  среду.  Самым легким веществом обычно принято считать воздух. Однако по сравнению с любой межзвездной туманностью воздух выглядит образованием необычайно плотным.  Кубический сантиметр     комнатного     воздуха имеет  массу,  близкую  к  1  мг; плотность   туманности   Ориона в 100 000 000 000 000 000 (10¹⁷) раз меньше. Прочесть это число нелегко. Но еще труднее наглядно представить себе столь большую степень разреженности вещества.

Плотность межзвездных газовых  туманностей (10^-17 кг/м³) так ничтожно мала, что массой в 1 мг будет обладать газовое облако объемом в 100 км³!

В технике стремятся в некоторых  случаях получить вакуум — весьма разреженное состояние газов. Путем довольно сложных ухищрений удается уменьшить плотность комнатного воздуха в 10 млрд. раз. Но и такая «техническая пустота» все же оказывается в миллион раз более плотной,  чем любая газовая туманность!

Может показаться странным, почему столь  разреженная среда на фотографиях  кажется сплошным и даже плотным  светящимся облаком, тогда как воздух настолько прозрачен, что почти не искажает наблюдаемую сквозь него картину Вселенной. Причина заключается, конечно, в размерах туманностей. Они так грандиозны, что представить себе объем, ими занимаемый, нисколько не легче, чем ничтожную их плотность

В  среднем  туманности  имеют поперечники, измеряемые световыми годами или даже десятками световых лет. Это означает, что если Землю  уменьшить  до  размеров булавочной головки, то в таком масштабе туманность Ориона  должна быть изображена облаком размером с земной шар! Поэтому, несмотря на ничтожную плотность составляющих ее газов, вещества туманности Ориона все же вполне хватило бы на изготовлением нескольких сотен таких звезд, как наше Солнце.

Мы  находимся от туманности Ориона  на  расстоянии,  которое свет  преодолевает  за  1800  лет. Благодаря этому мы видим ее всю целиком. Если же в будущем при межзвездных перелетах путешественники окажутся внутри туманности Ориона, то заметить это будет нелегко —рассматриваемая «изнутри» туманность покажется  почти идеально прозрачной.   

 Свечение  газопылевых  туманностей может быть вызвано тремя причинами. Во-первых, если вблизи туманности находится какая-нибудь звезда - туманность отражает ее свет, как туман, освещенный уличным фонарем. Во-вторых, в  тех  случаях,  когда  соседняя звезда весьма горячая (с температурой   атмосферы  большей 20000 К), атомы газов туманности переизлучают энергию, получаемую от звезды, и процесс свечения превращается в люминесценцию, имеющую сходство со свечением газов в  рекламных  трубках.  Наконец, постоянно движущиеся газовые облака  иногда  сталкиваются  друг с другом, и энергия столкновения частично преобразуется в излучение. Разумеется, все три причины могут действовать и совместно.

АССОЦИАЦИИ И ПОДСИСТЕМЫ

Когда мы видим на небе группу редких звезд,  объяснить  это их случайной встречей в мировом пространстве было бы ошибкой. Скорее такие звезды имеют общее происхождение, и мы их застали в ранний период их жизни, когда они еще не успели разойтись в разные стороны.

Так рассуждал известный советский астроном, академик В. А. Амбарцумян,  когда в  !947  г.  ему удалось открыть рассеянные группы очень горячих звезд-гигантов (спектральные классы О и В), а также переменных желтых и красных карликовых звезд типа звезды Т Тельца. Первые из этих группировок В. А. Амбарцумян назвал 0-ассоциацнямй,  вторые Т-ассоциациями. Каждая  ассоциация  состоит  из нескольких десятков звезд, и размеры их колеблются в пределах от десятков до сотен световых лет. Установлено, что некоторые ассоциации медленно расширяются во все стороны.

Внутри звездных ассоциаций обнаружены большие массы водорода и пылевая материя.

По мнению В. А. Амбарцумяна н  его последователей, звезды, образующие ассоциации, возникли одновременно из особых, как он называет, дозвездных тел. Эти тела пока решительно ничем себя непосредственно не проявили. Существуют ли они в действительности, покажет будущее.

Еще в 1944 г. немецкий астроном  В. Бааде  (1893—1966)  разделил звездное население Галактики  на два  типа.  К первому  он  отнес звезды, составляющие спиральные ветви  нашей звездной системы, а также звезды рассеянных звездных скоплений  и  некоторые  другие. Население второго типа по Бааде —это звезды шаровых звездных скоплений и звезды ядра Галактики.

Примерно в это же время  детальное изучение структуры Галактики  начал  известный  советский специалист по звездной астрономии Б. В. Кукаркин (1909—1977). В итоге он пришел к выводу, что в Галактике можно выделить три подсистемы: плоскую, промежуточную и сферическую. Б. В. Кукаркин доказал, что звезды с одинаковыми физическими характеристиками распределяются в пространстве одинаковым способом. Так, например, горячие  гигантские  звезды  спектральных классов О и В, звезды рассеянных  скоплений,  пылевые туманности и сверхновые звезды образуют плоские подсистемы. Промежуточные подсистемы образованы новыми звездами, белыми карликами  и  некоторыми  переменными звездами. Наконец, распределение в пространстве шаровых звездных скоплений, субкарликов и некоторых типов переменных звезд характерно для сферических подсистем.

Есть прямая связь между результатами  Бааде  и  Кукаркина. Плоские  подсистемы  состоят  из населения I типа,  сферические—из населения II типа. Любопытно, что звезды  II  типа  отличаются  дефицитом металлов, что скорее всего свидетельствует о большом возрасте звезд сферических подсистем.

Описанное разделение на подсистемы, по-видимому, имеет глубокий эволюционный смысл, раскрыть который  в деталях  предстоит  в будущем. В настоящее время принято делить население Галактики на пять подсистем,  схемы и названия которых указаны на рисунке. В  следующей таблице приведен примерный возраст каждой из подсистем  в  миллиардах лет и их характерный состав.

Как уже говорилось,  главное, центральное сгущение звезд в Галактике называется балджем. Спиральная структура в балдже не проявляется. Она характерна для диска—плоской составляющей Галактики    поперечником    около 100000 св. лет. Скорее всего Галактика имеет две спиральные ветви, шириной около 3000 св.  лет каждая.

Самая центральная область Галактики поперечником в несколько тысяч  световых  лет—это  арена очень бурных и пока еще не вполне понятных процессов. Здесь наблюдается движение газов со скоростью в сотни километров в секунду, и создается впечатление, что имеют место какие-то гигантские взрывы, последствия  которых  мы  видим. Пыль мешает нам рассмотреть подробности,  но,  по  мнению  ряда астрономов,  в  центре  Галактики имеется  сверхмассивная  «черная дыра» с массой в десятки тысяч солнечных масс, окруженная втягивающимися в нее газами. Так ли это, решит будущее.