Гайд по астрономии. Путешествие к границам безграничного космоса

Рис. 3.10. Местный пузырь, впервые обнаруженный в 1970-х годах благодаря радиоволновому излучению, содержит горячий газ, который вытягивается от диска нашей Галактики внутрь галактического гало. Верхнее изображение — инфракрасный снимок диска Млечного Пути, а на нижнем крупным планом показан радиоизлучающий газ, расположенный вблизи Солнца. Обозначения относятся к созвездиям, по направлению к которым нанесены на карту молекулярные облака. Диагональ показывает направление газовых потоков. (На основе пресс-релиза:  www . berkeley . edu / news /media/releases/2003/05/29_space.shtml, авторы оригинального исследования: B. Y. Welsh et al.)
 Рукав Ориона 
Возраст нашей Солнечной системы составляет 4,6 млрд лет, в то время как блистающий пояс Гулда и Местный пузырь из раскаленного газа гораздо младше — им всего несколько десятков миллионов лет. Мы странствуем среди этих «младенцев», как дедушки и бабушки, зашедшие в ясли. По всему диску нашей Галактики копится туманное вещество, в котором рождаются новые звезды, а затем извергается газ. По большей части это изначальное вещество структурировано в виде обширных спиральных ветвей, или рукавов. Мы находимся между двумя из них, довольно крупными, в так называемом рукаве Ориона (рис. 3.11). Астрономы впервые сумели его отследить в 1960-х годах по радиоизлучению, которое испускают его облака, состоящие из холодного атомарного водорода. В дальнейшем на его характерные черты указывали и другие индикаторы недавнего звездообразования, в том числе голубые звезды и розовые туманности, получающие энергию от самых горячих из этих звезд. Считается, что рукав Ориона простирается на 10 000 световых лет в длину и на 3500 в толщину. Но стоит сразу предупредить, что определить расстояния до гигантских газопылевых облаков, заполонивших диск нашей Галактики, очень трудно, и к этому нужно подходить с осторожностью. Мы еще увидим, что светимость некоторых звезд приведена к стандарту, и у нас есть возможность, сравнив ее с их видимым блеском, определить их строение и расстояния до них. Однако с газовыми облаками все иначе.
Рис. 3.11. Схема Млечного Пути, основанная на наблюдениях в оптическом, инфракрасном и радиоволновом диапазонах. На этой карте Солнце находится внутри рукава Ориона, между спиральными рукавами Персея и Центавра. На других изображениях получается спиральный узор из четырех рукавов. (Материалы любезно предоставлены R. Hurt, Spitzer Science Center, Caltech/JPL, NASA.)
 Млечный Путь 
Астрономам больше повезло с оценкой расстояния от нас до центра Млечного Пути. О том, что Солнечная система находится на «периферии» нашей Галактики, впервые заговорил в 1920-х годах гарвардский астроном Харлоу Шепли (1885–1972), когда определил расстояние до шаровых звездных скоплений в галактическом гало. Свои расчеты Шепли основывал на блеске переменных звезд, которые он мог опознать в скоплениях. Переменные типа RR Лиры имели постоянную среднюю светимость, которая могла послужить ему в качестве «стандартной свечи» для нахождения расстояний, в то время как у гораздо более ярких звезд- сверхгигантов, так называемых цефеид, просматривалась четкая связь между светимостью и периодами пульсации. Ее впервые обнаружила Генриетта Ливитт (1868–1921), астроном из Гарвардской обсерватории, и это позволило рассчитать расстояния лишь на основе наблюдений за изменением светового потока цефеид (к которым мы вскоре вернемся). Измеряя космические глубины, Шепли выяснил, что сами скопления «копятся» в направлении созвездия Стрельца. Он верно предположил, что ядро их распределения прослеживалось до истинного центра Млечного Пути, но рассчитанное им расстояние более чем вдвое превышало то, которое мы допускаем сегодня.
 
После Второй мировой войны, с улучшением технологий, радиоастрономы смогли уточнить расчеты Шепли. Наблюдая за движением облаков из газообразного водорода в пределах прямой видимости, они обнаружили точку симметрии в созвездии Стрельца. С одной стороны от этой точки газовые облака приближались к нам, с другой — удалялись. Хотя оптика не позволит увидеть центр Галактики — его скрывают многочисленные газопылевые облака, — за ним легко наблюдать на радиоволнах. Пристальное изучение радиоизлучающего газа, обходящего по орбите точку симметрии, показало, что удаленность объекта от нас составляет около 28 000 световых лет. Расстояния до звезд, формирующих галактический балдж, дали аналогичные значения. В последнее время радиоастрономы склоняются к мысли, что расстояние от нас до центра Галактики (наш галактоцентрический радиус) меньше и ближе к 26 000 световых лет.
Узнав это главное расстояние с определенной степенью точности, астрономы смогли свести фрагментированный облик Млечного Пути в единую картину. Как и у других подобных галактик, у него есть балдж, диск и гало, а также бар — центральная перемычка — и множество спиральных рукавов, украшающих диск. Самые современные представления о его структуре показаны на рис. 3.11. К сожалению, мы до сих пор не можем понять, как располагается вещество в диске, — сделать это нам мешают пронизывающие его газопылевые облака. Может быть, предстоящие космические миссии сумеют разрешить этот познавательный тупик, так что следите за новостями.
На рис. 3.11 не показано расширенное гало темной материи, которое, как считается, полностью пронизывает и обволакивает Млечный Путь. Это скрытое гало призвано объяснить, почему газ во внешнем диске нашей Галактики движется с загадочно высокой орбитальной скоростью. Должно быть, что-то силой своего притяжения удерживает этот стремительный газ и не дает ему улетучиться. Природа этого «нечто» совершенно неизвестна. И еще сильнее приводит в замешательство тот факт, что доля этого невидимого вещества, как полагают, составляет более 85 % от общей массы Млечного Пути!
Местная группа галактик
Наш Млечный Путь не одинок (рис. 3.12). Его спутники, имеющие неправильную форму, — Большое и Малое Магеллановы Облака — были заметны на южном небе еще задолго до кругосветного путешествия Фернана Магеллана (1519–1522). Но огромные расстояния до этих галактик удалось рассчитать только тогда, когда появились гигантские телескопы-рефлекторы и фотографические технологии, позволившие отображать отдельные звезды в Магеллановых Облаках. На снимках Малого Магелланова Облака, которые делались на длинной выдержке на протяжении многих дней, Генриетта Ливитт в 1908 году опознала несколько цефеид — особенно ярких переменных звезд. Блеск этих сверхгигантов менялся с четкой периодичностью от нескольких дней до недель, благодаря чему удалось установить взаимосвязь между периодом пульсации каждой звезды и ее абсолютной светимостью. Сравнив их с цефеидами в Млечном Пути, Ливитт и шведский астроном Эйнар Герцшпрунг получили расстояние до Малого Магелланова Облака, которое действительно оказалось внегалактическим. Сегодня считается, что от нас до него 200 000 световых лет, а до Большого Магелланова Облака — 160 000 и эти галактики находятся на самом краю обширного гало темной материи, пронизывающей Млечный Путь.
Рис. 3.12. Вокруг Млечного Пути располагаются Магеллановы Облака — Большое и Малое — и примерно десять карликовых галактик, которые гораздо меньше. (Материалы любезно предоставлены R. Powell, An Atlas of the Universe.)
Сверхчеткие снимки, полученные с помощью мощнейших телескопов, позволили обнаружить более десяти галактик, связанных с «большим» Млечным Путем. Большинство из них — маловажные «карлики» неправильной или эллипсоидной формы. Считается, что они остались от изначального периода, когда Млечный Путь сгущался из плотного роя подобных галактик. Еще пример но десять «карликов» снуют вокруг гигантской спиральной галактики Андромеды (М31) — следующей из тех, что ближе всего к нам. Сейчас от нас до нее 2,5 млн световых лет, но ожидается, что через 3–5 млрд лет она и Млечный Путь сольются. Помимо Млечного Пути и М31, досье Местной группы дополняют еще несколько обособившихся небесных объектов. К ним относятся спиральная галактика Треугольника (М33) в одноименном созвездии — небольшая, но поразительно активная «звездная колыбель»; и IC10 — ближайшая к нам галактика со вспышкой звездообразования, где безудержно рождаются и умирают звезды, отчего по всей ее ширине протянулся филигранный узор ионизированного газа.