Все о космосе

Местная группа галактик

Группа галактик, в которую входит наш Млечный Путь, находится на периферии (на рассто­янии около 50 млн. световых лет от центра) гигантского скопления галактик, видимого на нашем небе в созвездии Девы (Virgo Cluster) и состоящего из более чем 2000 звездных систем. Оно образовано на пе­ресечении двух вселенских волокон темной материи. Нужно отметить, что это скопление — одно из велико­го множества сверхскоплений звез­дных островов, составляющих во­локнистую мегаструктуру наблюда­емой сегодня части Вселенной.

Гипотетические обитатели высоко­развитой цивилизации, расположен­ной в центре скопления Девы, с ис­пользованием мощных телескопов могли бы наблюдать тесную пару спи­ральных галактик, обозначенную сла­быми туманными черточками на звез­дном небе — такой оттуда видна наша Местная группа, свет от которой шел бы к этим воображаемым наблюдате­лям 50 млн. лет. Около полусотни более мелких галактик, входящих в нашу группу, сложно зарегистрировать с та­кого огромного расстояния, и наоборот, число звездных систем, входящих, со­гласно современным подсчетам, в Virgo Cluster, не включает в себя ог­ромное количество карликовых галак­тик в пределах этого сверхскопления.

Применяемое астрономами понятие Местная (Локальная) группа может быть интерпретировано как небольшой городок на окраине страны, на улицах которого действуют свои законы. Его жители активно взаимодействуют, определяя настоящее и будущее друг друга, более сильные члены сообщес­тва организовывают и подчиняют сво­ей воле движение более слабых, а в ко­нечном итоге поглощают их (ученые любят называть эти процессы в жизни галактик каннибализмом), возбуждая в своей разросшейся утробе активные процессы зарождения новых поколе­ний звезд, планетных систем и, воз­можно, новой органической жизни.

Имея в поперечнике около 6 млн. световых лет, наша Местная группа представляет собой Вселенную в ми­ниатюре. Ее строение и состав позво­ляет нам в деталях исследовать про­цессы рождения, развития и структу­ру всех известных на сегодняшний день типов галактик. Изучая звезды, образующие галактики нашего бли­жайшего окружения, с использовани­ем мощнейших наземных и космичес­кие телескопов, мы получаем сведе­ния о возрасте объектов, из которых они состоят. У самых древних из них он насчитывает 13 млрд. лет, что поч­ти равно возрасту Вселенной. Это представители карликовых звезд, ядерное горение в которых происхо­дит чрезвычайно медленно. Кисло­род, азот, углерод, а также более тя­желые химические элементы (астро­физики обобщенно называют их "ме­таллами") образовались только в ходе ядерных реакций в звездных недрах. Сбрасывая свои оболочки или вспы­хивая как Сверхновые, звезды обога­щали окружающее пространство продуктами своей жизнедеятельнос­ти. Представители светил более поз­дних поколений значительно богаче тяжелыми элементами, и чем моложе звезда, тем больше ее металличность, тем к более позднему поколению она принадлежит. Таким образом, опре­деление состава звездного населения членов Местной  группы галактик позволяет сделать вывод о возрасте ее членов.

Астрономы получили ог­ромное количество статис­тического и фактического материала в результате осуществления программы GOODS (Great Observatori­es Origins Deep Survey, что в одном из вариантов литера­турного перевода звучит так: "Глубокое исследование происхождения объектов Вселенной на крупнейших обсерваториях"). В настоя­щее время наиболее обосно­ванной является теория, утверждающая, что из хо­лодной темной материи, со­ставляющей 90% барионной материи Вселенной, точнее, из гигантских водородных облаков образовывались первые звезды, звездные скопления и карликовые га­лактики, которые сами по себе имели очень бурную, яркую и взрывоопасную мо­лодость. Впоследствии из этих карликовых галактик, путем их слияния и взаим­ного поглощения большими меньших, образовывались спиральные, эллиптические, непра­вильные галактики, которые мы на­блюдаем сегодня.

Астрономы считают, что наша Мес­тная группа образовалась из облака темной материи, когда Вселенная осты­ла до температуры 2000 К, примерно 13 млрд. лет назад. Если экстраполи­ровать в прошлое линейные размеры с учетом изменения масштабов рас­ширяющейся Вселенной, то в те вре­мена поперечник группы составлял 600 000 световых лет (четвертая часть сегодняшнего расстояния меж­ду Млечным Путем и Туманностью Андромеды). Причем размеры двух крупнейших галактик должны были быть меньшими, а члены Местной группы — более многочисленными.

Местные масштабы

Для того, что бы понять масштабные соотношения в нашей Местной груп­пе, Рэй Виллард, сотрудник Научного института космического телескопа в Балтиморе (Ray Willard, Space Teles­cope Science Institute), в своей статье в журнале Astronomy предложил следующее сравнение. Вообразим нашу Галактику компакт-диском (диаметр 12 см), в центре которого помещен тен­нисный шарик. Представьте теперь такую же конструкцию, но в 1,5 раза больше. Это будет Туманность Андро­меды. Разместив эти два диска на рас­стоянии 3 м, получим модель галакти­ческой пары, а все карликовые галак­тики — спутники наших галактик и более отдаленные члены группы — уместятся в сфере радиусом 4,5 м.

Древнейшие шаровые звездные скопления и карликовые галактики сталкивались и сливались, образовав ядро нашей Галактики. В процессе дальнейшей эволюции сформировался диск со спиральными рукавами. Бур­ное прошлое оставило после себя сле­ды, которые проявляются в виде ог­ромных дугообразных газовых и звез­дных потоков, существующих в галак­тическом гало — очень разреженном звездном окружении. Размер гало Млечного Пути в принятой выше мас­штабной модели занял бы объем во­лейбольного мяча (по другим оценкам, диаметр сферического гало примерно равен диаметру галактического диска).

Лишь некоторые из реликтовых шаровых скоплений сохранились до сегодняшнего дня. В пределах Млеч­ного Пути они напоминают развалины древних замков. Способность к выжи­ванию зависела от их масс и траекто­рий относительно диска "хозяйской" галактики. Современные наблюдения позволяют сделать вывод, что наша Галактика поглощала, поглощает и бу­дет продолжать поглощать более мел­кие звездные сообщества. Мы писали о скоплении M12, находящимся в про­цессе разрушения за счет взаимодейс­твия с галактическим диском при про­хождениях через его плоскость. По­добно лицу ребенка, увлекшегося пое­данием варенья, лик нашей Галактики несет на себе множество следов мас­штабных трапез. Галактическое гало содержит остатки проглоченных звез­дных систем, диск Млечного Пути де­формирован прохождениями спутни­ков — карликовых галактик. Потоки звезд, расположенные вдоль прежних траекторий движения карликовых спутников вокруг центра нашей Галак­тики, буквально выпадают звездными дождями на галактический диск.

По некоторым предположениям, огромное звездное облако в Млечном Пути, которое можно наблюдать в со­звездии Стрельца, представляет со­бой "население" карликовой галактики, слившейся с нашим звездным островом в далеком прошлом. По мнению Стива Маевского, сотрудника Уни­верситета Виржинии (Steve Majewski, University of Virginia), это самый крупный сателлит нашей Галактики, оказавшийся в ее утробе.

Наиболее впечатляющий след бур­ного прошлого Галактики — огром­ные потоки холодного водорода, обра­зующие дуги, охватывающие 100 уг­ловых градусов вокруг южного галак­тического полюса. Во главе этих потоков находятся Большое и Малое Магелла­новы облака — крупнейшие спутники Млечного Пути.

Загадки Магеллановых облаков

Самые последние иссле­дования движения Магел­лановых облаков, выполнен­ные астрономами Нитиа Калливавалил, Чарлзом Алкоком из Гарвардского - Смитсонианского астрофи­зического центра (Nitya Kallivayalil, Charles Alcock, Har­vard-Smithsonian Center for Astrophysics) и Роландом Ван дер Марелом из Науч­ного института космического телескопа (Roeland van der Marel, Space Telescope Science Institute), поз­волили уточнить динамику движения этих карликовых галактик. Эта дина­мика пересматривалась на основе уточненных значений составляющих пространственных скоростей Малого и Большого Магеллановых облаков.

Самую большую сложность пред­ставляло вычисление составляющей скорости, перпендикулярной лучу зрения. Это потребовало нескольких лет скрупулезных наблюдений (с ис­пользованием космического телескопа Hubble) и вычислений. В результате на 209-й конференции Американского астрономического общества авторами были представлены удивительные выводы. Оказалось, что БМО по отно­шению к нашей Галактике имеет ско­рость 378 км/с, в то время как ММО — 302 км/с. В обоих случаях скорости «оказались значительно большими, чем предполагалось ранее. Этому факту может быть два объяснения:

Масса Млечного Пути больше, чем считалось до сих пор. Магеллановы облака не нахо­дятся на орбитах вокруг Галактики и в будущем преодолеют силы ее гравитации.

Разность скоростей облаков (т.е. скорость их относительного движе­ния) также на удивление высока. Это говорит о том, что они не свя­заны между собой гравитационно. Кроме того, это объясняет тот факт, что они не слились друг с другом за более чем десятимиллиардную исто­рию существования Местной группы. На будущее запланированы деталь­ные исследования водородных потоков, тянущихся шлейфами вслед за Магеллановыми облаками. Это позво­лит уточнить траектории их движе­ний друг относительно друга и отно­сительно нашей Галактики.

Лаборатория на задворках

Теория развития и образования га­лактических скоплений неудовлетво­рительно объясняет возможность формирования на периферии гигант­ского скопления в созвездии Девы обо­собленной пары крупных галактик. Ученые считают подарком Судьбы на­личие в наших ближайших окрестнос­тях такого чудного представителя спиральных галактик, коим является М31, или Туманность Андромеды. Причем природа распорядилась так, что плоскость ее диска находится под оптимальным углом к направлению на наблюдателя, находящегося на Земле (и на любой планете, расположенной в нашей Галактике). Именно такой угол зрения позволяет с максимальной тщательностью изучить все составля­ющие — ядро, спиральные рукава и гало огромного звездного острова.

Как и наша Галактика, М31 со­держит множество шаровых скоп­лений. Некоторые из них находятся за пределами спиральных рукавов, но движутся вокруг галактических центров, не выходя за пределы гало. Космический телескоп Hubble по­лучил снимок шарового звездного скопления G1, вращающегося вокруг центра М31 по орбите радиусом 130 тыс. световых лет (радиус диска Ту­манности Андромеды — 70 тыс. св. лет). G1, имеющее также обозначение Mayall II — самое яркое шаровое скоп­ление в Местной группе: оно состоит, по крайней мере, из 300 тысяч старых звезд. Анализ этого детального изоб­ражения, полученного в близком инф­ракрасном диапазоне в июле 1994 г., позволяет  сделать  вывод, что скопление содержит звезды, в которых происхо­дят процессы ядерного горе­ния гелия, а температура и яркость этих звезд говорит о том, что оно имеет такой же возраст, как наш Млечный Путь и Местная группа в це­лом. G1 уникально тем, что содержит в своем центре черную дыру массой в 10 000 солнечных.

Настоящее чудо — МЗЗ, спиральная галактика в Треугольнике (NGC 598, или Колесо Телеги — Trian­gulum Pinwheel Galaxy). По диаметру она вдвое меньше Млечного Пути и втрое меньше Туманности Андромеды. По мнению астрономов, за миллиарды лет тесного сосущество­вания с М31 она давно уже должна была с ней столкнуться. Но по каким-то пока неясным причинам этого не произошло.

Исследование Местной группы — Вселенной в миниатюре — позволя­ет ученым проникать во многие тай­ны Мироздания.

В нашем окружении присутствуют черные дыры различных масс: в цен­тре нашей собственной Галактики, в центре Туманности Андромеды и шаровых скоплений M15 и G1. Предполо­жение о том, что масса центральной черной дыры должна составлять одну десятитысячную массы всей галакти­ки, подтверждается на примерах упо­мянутых скоплений. Это позволяет выявить некоторые фундаменталь­ные закономерности, связывающие параметры черных дыр и их "мате­ринских" галактик.

Осо­бый интерес представляет обнару­жение гипотетических компактных массивных несветящихся (невиди­мых) барионных объектов гало, кон­центрирующих свет более далеких звезд благодаря эффекту гравитаци­онного линзирования.

Современные космологические мо­дели, основанные на длительных на­блюдениях звездного неба и на огром­ном количестве полученного факти­ческого материала, допускают, что планеты, подобные нашей Земле, на­чали образовываться более десятка миллиардов лет назад. Таким образом, Вселенная развивалась достаточное количество времени для возникнове­ния условий, обеспечивающих обра­зование высокомолекулярных орга­нических соединений и жизни, а так­же, учитывая колоссальное количество галактик и звезд — для возникно­вения разума. Как бы это ни было не­вероятно, но все же предположим, что в нашей местной группе существует, кроме нас, всего одна высокоразвитая цивилизация. Естественно предполо­жить, что ее представители с интере­сом относятся к окружающему миру. Мы можем надеяться, что их ученые, имея за плечами более длительную историю, наблюдали эволюцию нашей группы галактик, и земная наука со временем сможет получить эти зна­ния. Нашей цивилизации выпало су­ществовать в относительно спокойный промежуток галактической истории, который закончится примерно через 2-3 млрд. лет грандиозным катаклиз­мом — столкновением Млечного Пути и Туманности Андромеды.

Правда, здесь следует учесть одно важное обстоятельство. Наша Галак­тика и М31 сближаются со скоростью 120 км/с, или 3,8 млрд. км в год, или 400 световых лет за один миллиард лет (по мере уменьшения расстояний между их центрами эта скорость бу­дет возрастать). Радиальную скорость можно определить достаточно точно по смещению спектральных линий. Однако имеет ли вектор скорости относительного движения тангенциаль­ную составляющую? Если имеет, и достаточно большую, то столкновение вообще не произойдет, по крайней ме­ре, в течение ближайших десятков миллиардов лет. Галактики пройдут друг мимо друга на огромных скорос­тях, всколыхнут взаимными гравита­ционными воздействиями свои "шеве­люры" и продолжат путешес­твие по эллиптическим траекториям, замыкая колоссальные дуги своих ор­бит вокруг общего центра масс.

Возможно все же, что Млечный путь и Туманность Андромеды нахо­дятся на курсах столкновения. Именно это предположение положили в основу своей модели Томас Кокс и Ави Лоуб из Гарвардского-Смитсонианского астрофизического центра (ТJ. Cox, Avi Loeb, Harvard Smithsonian Center for Astrophysics). Выполнив скрупулез­ные расчеты, введя в уравнения все известные на сегодняшний день пара­метры и начальные условия, ученые сделали выводы, что наше светило до­живет до того времени, когда галакти­ки начнут сливаться. По мнению ис­следователей, первый "контакт" состо­ится через 2 млрд. лет. Земные астро­номы будут наблюдать нарастающие деформации спиральных структур на­шей Галактики под действием грави­тации приближающегося "звездного монстра". В результате нескольких ко­лебательных движений, обозначенных ядрами галактик, население их звез­дных дисков будет все сильнее пе­ремешиваться, постепенно образуя относительно однородное тело гигант­ской эллиптической галактики. По предположениям Кокса и Лоуба, наше светило в своей глубокой старости до­тянет-таки до периода формирования "финальной" структуры и, если это мо­жет кого-то утешить из ныне живу­щих, окажется на периферии вновь об­разованного звездного острова на рас­стоянии 100 тыс. световых лет от его центра. Будет ли эта область "зоной жизни" новой галактики, в которой ди­намические и энергетические пара­метры обеспечат условия, благоприят­ные для существования жизни на пла­нетах вокруг населяющих ее звезд, се­годня сказать, конечно, невозможно. Будем надеяться на лучшее, во благо наших потомков.

Как пошутил Ави Лоуб, наблюдая все эти феерические и грандиозные изменения на звездном небе, ученые будущего, возможно, будут ссылать­ся на строки его отчета: "Это моя пер­вая публикация, которую будут ци­тировать спустя 5 миллиардов лет".

Компьютерное моделирование слия­ния галактик позволяет проследить развитие событий: на первом этапе столкновения будут происходить про­цессы, подобные наблюдаемым сегодня в галактике "Мыши" (NGC 4676). Сна­чала Млечный Путь и М31 соприкос­нутся периферийными областями. В процессе дальнейшего, более глубокого взаимного поглощения картина будет напоминать галактики "Антенны" (NGC 4038-4039). Затем сольются ядра, потом, возможно, столкнуться черные дыры, существующие в центре каждой звездной системы. Затем появятся джеты — выбросы вещества в межгалакти­ческое пространство, подобные тем, ко­торые наблюдаются у галактики NGC 5128. Закончится же вселенская ка­тастрофа, скорее всего, образованием одной гигантской эллиптической га­лактики — аналога NGC 1316." Вся на­ша местная группа подчинится грави­тационному влиянию этой галактики, причем аппетиты вновь испеченного монстра окажутся настолько велики, что остальные члены группы будут поглощены им в сравнительно корот­кие (по галактическим меркам) сроки.

Не будем забывать, что Местная группа, кроме всего прочего, движется к центру скопления Девы со скоростью 3 млн. световых лет за каждый миллиард лет. Как бы нам там не стол­кнуться с чем-то более круп­ным (как говорится, "об сос­ну не удариться")... Ведь не­видимых, скрытых от нас объектов во Вселенной явно больше, чем непосредствен­но наблюдаемых! Сколько лет земная наука собирает фотографические данные об окружающем нас мире га­лактик? Около ста? В любом случае это даже не миг, это просто застывшая фотогра­фия Космоса. Развитие про­цессов в пределах таких ко­ротких отрезков времени за­метно лишь в рамках очень небольших объемов пространства. Кроме эволюции Солнечной системы, мы можем наблюдать расширение оболочек Новых, Сверхновых, измене­ние интерьеров газово-пылевых обла­ков под воздействием "ураганных вет­ров", генерируемых молодыми звез­дными жителями этих областей про­странства. Для понимания динамики таких образований, как скопление га­лактик (пусть даже и "местного", и на "окраине" солидного скопления Девы) нужны как минимум тысячелетия. Само собой, на протяжении этих тысяче­летий мы планируем информировать наших читателей о текущих измене­ниях в окружающей Вселенной. Дол­жно же хоть что-то быть стабильным в этом мире!

Автор: Сергей Гордиенко