Маркус Чаун - Твиты о вселенной Страница 23

Галактики содержат от нескольких миллионов звезд — в случае карликовой галактики, до нескольких триллионов — для гигантской эллиптической галактики.

Эллиптические галактики подобны большим пчелиным роям звезд. Они сферические или слегка вытянутые. Спиральные галактики, ну, они говорят сами за себя.

Спиральные галактики имеют центральную выпуклость из старых красных звезд и «спиральные рукава», где идет процесс образования из газа других новых звезд.

Эллиптические, в отличие от спиральных, вряд ли содержат газ. Созданные давным-давно в процессе звездного формирования, они (по-видимому) содержат только старые, красные звезды.

Взаимосвязь спиральных и эллиптических галактик неясна. Но, похоже, эллиптические создаются при столкновении двух спиральных. Звезды движутся беспорядочно.

Некоторые спиральные имеют любопытную «перемычку» в центре, из которой распространяются «спиральные рукава». Существует доказательство того, что наш Млечный Путь является спиральной галактикой с перемычкой.

Дуглас Адамс допустил неточность. Надо было написать о баре в центре галактики, а не о ресторане на краю Вселенной![23]

87. Как были обнаружены галактики?

В XVIII в. астрономы были безумно увлечены охотой за кометами. Но ночное небо содержит много туманных пятен, которые могут быть ошибочно приняты за кометы.

Для оказания помощи охотникам за кометами в 1784 Шарль Мессье составил каталоги небесных хищников. Неизвестные ему, некоторые из этих «туманностей» это галактики.

В Бир-Касле (Ирландия) в 1845 лорд Росс строит 72-дюймовый телескоп — самый крупный в мире. С помощью «Левиафана» он обнаруживает, что большинство туманностей имеют форму спирали.

Самая совершенная спиральная туманность — М51. Впоследствии ее назовут «Галактика Водоворот» (Whirlpool Galaxy).

Даже большие телескопы, построенные позже, показывают, что размытость спиральных туманностей связана с бесчисленными звездами, которые смазывают изображение.

В 1920 идут жаркие споры о существовании спиральных туманностей внутри нашего Млечного Пути. Или это отдельные «островные вселенные» далеко в океане космоса?

Харлоу Шепли поддерживал мнение, что спиральные туманности находятся в пределах Млечного Пути; Хебер Кертис утверждал, что они далеко за его пределами. Спор был разрешен в 1922.

Эдвин Хаббл, используя 100-дюймовый телескоп Хукера в обсерватории Маунт-Вилсон, недалеко от Лос-Анджелеса, увидел переменные Цефеиды в Большой Туманности Андромеды.

Колебания периода светимости Цефеид связаны с их собственной светимостью. Хаббл заключил, что Андромеда находится в миллионах световых лет за пределами Млечного Пути.

Андромеда и другие спиральные туманности, следовательно, находятся на огромных расстояниях от Млечного Пути. Это отдельные острова из миллиардов звезд.

Хаббл обнаружил фундаментальные строительные блоки Вселенной. Галактики усеивают космическое пространство в пределах, поддающихся исследованиям с помощью крупнейших телескопов.

Наконец, человечество узнало истинные масштабы Вселенной и потерялось в них. Она оказалась невообразимо более обширной, чем кто-либо когда-либо мог представить.

88. Откуда мы знаем, как далеко галактики?

Галактики — это строительные блоки Вселенной, поэтому вопрос «Как мы узнаем расстояния до галактик?» является синонимом вопроса «Откуда мы узнаем размер Вселенной?».

Чтобы найти расстояние до галактики, необходимо найти «стандартную свечу» — объект, светимость которого мы можем сравнить с аналогичными объектом, расположенным рядом.

Для ближайших галактик астрономы используют переменные цефеиды. Период, в течение которого они меняют свой блеск, связан с их истинной светимостью.

Цефеиды высокой светимости были замечены в галактике М100, что позволило определить расстояние до них в 56 млн световых лет за пределами Млечного Пути.

Двигаясь дальше, астрономы должны найти более яркие свечи, чем цефеиды: сверхновые типа la.

Сверхновые типа la возникают в двойных системах, в которых одна звезда сжимает вещество до суперкомпактного «белого карлика» размером с Землю, вызывая его взрыв.

Широко распространено мнение, что, когда такие белые карлики, наконец, взрываются как сверхновые, они всегда имеют одинаковую светимость.

Сверхновые типа la такие яркие, что они видны на краю Вселенной. Так были получены оценки расстояний до самых отдаленных галактик.

Измерения космических расстояний позволяют оценить «постоянную Хаббла», которая устанавливает масштабы Вселенной. Лучшая текущая оценка: 73 (км/с)/Мпк.

Это означает, что две галактики, разделенные расстоянием в 1 мегапарсек (3,26 млн световых лет), в среднем разлетаются со скоростью в 73 км/с из-за расширения в результате Большого взрыва.

Скорость галактик определяется из «растяжения» приходящих от них световых волн (красное смещение). Зная это и постоянную Хаббла, можно оценить расстояние.

Примечание: расстояние не вполне реальное. Дело в том, что при расчетах с использованием скорости света мы всегда получаем расстояние до движущегося объекта, существовавшего в «более раннее время».

Поэтому у астрономов принято ссылаться не на вычисленное расстояние до галактики, а на красное смещение как на более реальную меру ее удаленности от нас.

Квазары, или квазизвездные объекты, подобные звездным булавочным уколам света, находятся далеко за пределами расстояния, на котором может быть видна любая звезда.

Первооткрыватель квазаров (1963) — голландско-американский астроном Маартен Шмидт. Другие астрономы видели их, но он был первым, кто обосновал их существование.

Чтобы сверкать так ослепительно, находясь на ошеломляюще огромном удалении во Вселенной, квазары должны быть необыкновенно яркими.

Типичный квазар испускает 100-кратную энергию нормальной галактики типа Млечного Пути. Невероятно, но она исходит из объема меньшего, чем Солнечная система.

Ядерная энергия здесь ни при чем. Единственный возможный источник — «гравитационная энергия», высвобождаемая материальным объектом, падающим к центру черной дыры.

Свет излучается «аккреционным диском»[24] квазара, образующимся при поглощении черной дырой его вещества, разогреваемого до белого каления из-за завихрений, подобных воронке в сливном отверстии.

Здесь речь идет не об обычной черной дыре, а о «супермассивной». Самые яркие квазары имеют почти в 30 млн раз большую массу, чем Солнце.

После открытия квазаров окружающие звезды кажутся «пушинками». Квазар это суперъяркое «ядро» галактики, затмевающее все остальное.

Квазары — примеры чрезвычайно «активных галактик», чей свет преимущественно обязан не звездам, а супермассивной черной Дыре.

Активных галактик приблизительно 1 % от общего числа. В дополнение к квазарам другие типы включают эллиптические «радиогалактики» и спиральные «сейфертовские»[25] галактики.

Возможно, большинство галактик — даже наша собственная — прошли через активную фазу (квазар) в юности. Она закончилась, когда центральная черная дыра исчерпала топливо.

Сегодня вокруг нас нет квазаров. Их расцвет происходил миллиарды лет назад. Мы видим их сияние в наши телескопы подобно бриллиантовым маякам, светившим на заре времен.

90. Разве лишь в нескольких галактиках скрываются гигантские черные дыры?

В течение длительного времени после того, как квазары были обнаружены, их считали аномалиями — космическими диковинами, не связанными с нормальными галактиками.

Постепенно стало понятно, что большинство, если не все галактики, содержат в сердцевине супермассивные черные дыры — от миллионов до миллиардов масс Солнца.

Большинство супермассивных черных дыр являются неактивными, сидят, сложа руки, и часто их трудно видеть, потому что они скрываются в межзвездной пыли.

Даже Млечный Путь скрывает супермассивную черную дыру, хотя и скромную. Стрелец А* имеет массу приблизительно в 4,3 млн солнечных масс.

Имеется сильное подозрение, что большинство галактик, включая нашу собственную, прошло активную фазу квазара в юности. Он выключился, когда поступление газа закончилось.

Квазары, должно быть, вспыхивали в ранней Вселенной, потому что тогда было полно пищи вокруг. Газ был тогда израсходован на формирование звезд.