Астрономы уже давно знают, что вещество во Вселенной распределено крайне неоднородно. Оно, если присмотреться, очень похоже на сильно увеличенную мыльную пену: есть большие пустоты, тонкие стенки, слои, узлы. И везде во Вселенной мы видим галактики. Галактики, как правило, по одной не живут, они образуют группы разного масштаба. Есть небольшие группы, которые включают в себя два, три, десятки членов, есть скопления галактик, есть сверхскопления, содержащие тысячи галактик, и все это образует пенистую структуру – как говорят астрономы, крупномасштабную структуру Вселенной. Ее изучением занимаются давно, еще со времен открытия Хабблом расширения Вселенной, которое он обнаружил по красным смещениям в спектре галактик.
Где же живем мы в нашей Галактике и что окружает нашу Галактику? Наша Галактика вместе с туманностью Андромеды, тоже гигантской дисковой спиральной галактикой, образует группу, которую так и называют – Местная Группа (оба слова с большой буквы). И эти две гигантские галактики окружены роем маленьких галактик, крупнейшими из которых являются Большое и Малое Магеллановы Облака – это спутники нашей Галактики, расположенные от нас на расстоянии от 150 до 200 тысяч световых лет. Самые крупные спутники туманности Андромеды – это известная спиральная галактика в туманности Треугольника, она значительно меньше и Млечного Пути, и туманности Андромеды, и пара ярких карликовых эллиптических галактик, спутников туманности Андромеды. Если говорить обо всех жителях нашей Местной Группы, то их примерно пять десятков штук. Размер Местной Группы сравнительно невелик – около 6 миллионов световых лет в поперечнике.
Что же расположено дальше и где место нашей Местной Группы? Оказывается, что Местная Группа – это малая и притом периферийная часть гигантского сверхскопления галактик, которое насчитывает больше тысячи галактик всевозможных масштабов. Центр этого сверхскопления расположен на расстоянии 60 миллионов световых лет от нас, и его можно видеть в направлении созвездия Девы. Поперечник этого образования – больше 100 миллионов световых лет – это гигантская субструктура во всей Вселенной. Но она тоже не единственная. Это сверхскопление – малая часть всей галактической пены, общего пенистого узора, который образуют галактики и их скопления.
Говоря о Местной Группе, о других галактиках и их скоплениях, мы, конечно, не можем обойти стороной вопрос о том, как все это возникло. Астрономы знают – и не только, наверное, астрономы, – что Вселенная произошла в результате Большого взрыва, который случился 13,5–14 миллиардов лет назад. Вселенная поначалу была горячей, и ее начальное состояние, конечно, скрыто от нас, потому что это состояние не описывается никакими современными физическими законами. Вселенная была горячей, по мере быстрого расширения она стала охлаждаться, и, наконец, произошел решающий момент в ее жизни, когда появились атомы. До этого Вселенная была в состоянии плазмы, и, как только температура опустилась до 3 тысяч кельвинов, электроны стали связываться с ядрами, возникли атомы, из которых впоследствии возникло все, что мы сейчас наблюдаем: и мы с вами, и звезды, и галактики, и их скопления.
И сейчас, и в прежние времена, во времена юности Вселенной, основной силой была сила тяготения. Все структуры, которые мы сейчас наблюдаем, произошли в результате гравитационного скучивания вещества.
Астрономы поначалу подозревали, что достаточно было обычного, так называемого барионного вещества, чтобы произошло это скучивание и последующее образование галактик и звезд. Но теперь мы знаем, что барионное вещество по массе составляет 15–16% всей тяготеющей массы Вселенной, а все остальное – это непонятной пока еще природы темное вещество.
Если бы причиной возникновения галактик и скоплений галактик было скучивание обычного вещества, то 13 миллиардов лет, прошедших с момента образования атомов, было бы недостаточно, чтобы образовать такие плотные структуры. И астрономы пришли к выводу, что первопричиной гравитационного скучивания было скучивание холодной темной материи, на которую уже впоследствии стало натекать обычное вещество в виде газа. Газ уплотнялся, масса уплотнений возрастала, и в результате возникли сначала галактики, затем отдельные звезды, и пошла уже привычная звездная эволюция.
Начало эпохи атомов – это период, когда плазма остыла до 3 тысяч кельвинов, электроны, соединяясь с ядрами, испустили излучение, следы которого мы сейчас видим. Поначалу это излучение было горячим, имело температуру 3 тысячи кельвинов, но за 13 с лишним миллиардов лет оно остыло примерно до 2,7 градусов Кельвина, то есть более чем в тысячу раз. И оно пронизает всю Вселенную, мы его можем наблюдать и сейчас – оно с одинаковой интенсивностью приходит с разных направлений Вселенной, и его можно наблюдать с помощью радиотелескопов, настроенных на миллиметровый диапазон. Это излучение обладает очень большой степенью изотропности, то есть приходит со всех сторон с одинаковой интенсивностью. Колебания этой интенсивности излучения очень невелики – одна стотысячная. Из этих флуктуаций реликтового излучения и возникли те галактические структуры, которые мы сейчас наблюдаем.
Такая, как говорят астрономы, парадигма происхождения всей иерархии структур во Вселенной многое объясняет, она подтверждается численными расчетами и численными экспериментами, которые уже много лет проводятся во всем мире с помощью суперкомпьютеров.
Симулированные структуры очень напоминают эту ячеистую пенообразную структуру, которую реально наблюдают астрономы. Но, как любая теория, в особенности хорошая теория, эта концепция имеет свои слабые места. Одно из этих слабых мест как раз и связано с нашей Местной Группой галактик, потому что наша Местная Группа имеет такое же происхождение, как и другие малые группы галактик. Дело в том, что гравитационное скучивание темного вещества, в результате которого все структуры, которые мы теперь наблюдаем, родились, предсказывает, по теории, наличие вокруг каждой гигантской галактики сотен и тысяч небольших спутников. Но в нашей Местной Группе мы видим всего лишь пятьдесят объектов, которые можно считать, наряду с туманностью Андромеды и нашим Млечным Путем, структурами, которые возникли таким путем.
Где же остальные объекты? Эта проблема, эта сложность теории конденсации холодной небарионной материи называется проблемой недостающих спутников. Надо ее как-то решать, потому что в остальном концепция очень хорошо описывает все, что происходит, все, что мы видим во Вселенной. Одно возможное объяснение, самое простое: теория плоха, но она слишком хорошо объясняет все остальные эффекты, чтобы от нее отказаться. Значит, надо искать альтернативные объяснения. Может быть, с этими объектами, которые когда-то существовали вокруг нашей Галактики и галактики Андромеды, что-то произошло. Поэтому астрономы решили вести систематический поиск спутников, которые мы просто по каким-то причинам не видим. Действительно, существуют механизмы разрушения звездных скоплений, карликовых галактик, они хорошо известны в звездной динамике – это испарения звезд, приливные силы и другие всевозможные динамические эффекты.
На помощь астрономам-наблюдателям пришел выдающийся мировой проект, интернациональный проект Слоановского обзора неба, ведущийся на 2,5-метровом телескопе-рефлекторе, который установлен в обсерватории Апачи-Пойнт в штате Нью-Мексико на юге Соединенных Штатов Америки. Это международный проект, в котором участвует больше 200 человек со всего мира и 50 институтов.
В рамках этого проекта ведется поиск ранее неизвестных звездных скоплений, следов их распада и карликовых спутников в Галактике. За последние 20 лет в рамках этого проекта обнаружено больше десятка ранее неизвестных спутников, причем часть из них обладает приливными шлейфами, вызванными взаимодействием этих распадающихся спутников с мощным гравитационным полем нашей Галактики.
Один замечательный пример – это карликовая галактика, которая наблюдается в направлении созвездия Стрельца, но по ту сторону от центра галактики, то есть очень далеко от нас. Она лежит практически в тонком слое, там же, где лежим мы, только в противоположной стороне галактики, и в оптическом диапазоне ее не видно, потому что пыль сильно ослабляет блеск этих звезд. В инфракрасном диапазоне удалось эту галактику рассмотреть, и, похоже, она находится как раз в процессе распада за счет взаимодействия с нашей Галактикой. Похоже, что в прошлом у нашей Галактики могли быть сотни таких спутников, которые наша Галактика могла съесть, как крупный хищник, за 13 миллиардов лет своего существования.
Диаметр Млечного Пути – 100000 световых лет, поэтому неудивительно, что астрономы некогда полагали, будто наша Галактика вмещает в себя всю Вселенную. В начале прошлого века в ходе наблюдений за переменными звездами неожиданно выяснилось: два маленьких облачка, лежащие отдельно от Млечного Пути, находились на расстоянии почти 200000 световых лет. Вскоре стало понятно, что это огромные самостоятельные группы звезд. Так выяснилось, что Млечный Путь – всего лишь одна из множества галактик.
Помимо этого, стало также понятно, что галактики сцеплены взаимным гравитационным притяжением. Некоторые такие скопления состоят из сотен крупных галактик, наша же Местная группа в этом смысле относительно скромная. Она содержит всего три крупные спиральные галактики (одна из которых – Млечный Путь) и где-то два десятка меньших карликовых галактик, которые делятся на два отдельных класса – неправильные и эллиптические.
Крупнейшие спутники Млечного Пути, Магеллановы Облака видны в южной части неба. Более эффектным представляется Большое Магелланово Облако (БМО), которое физически больше и ближе к нам, чем Малое Магелланово Облако (ММО). Оба являются неправильными галактиками с диаметром 20000 и 10000 световых лет соответственно. Формируют их огромные газопылевые облака в звездообразующих областях.
Туманность Тарантул в БМО настолько яркая, что если бы она лежала на таком же расстоянии, как Большая туманность Ориона, то покрывала бы огромную площадь неба. Кроме того, именно в БМО имела место недавняя яркая вспышка сверхновой – эффектный взрыв, сигнализировавший о смерти чрезвычайно массивной звезды.
Неправильные галактики часто оказываются местом интенсивного формирования звезд. Астрономы считают, что это, возможно, относительно молодые тела, примитивные «строительные блоки», из которых когда-нибудь сформируются спиральные галактики. Магеллановы Облака, похоже, совершают виток вокруг Млечного Пути в течение более чем миллиарда лет. Некоторая активность в процессе рождения звезд здесь, возможно, провоцируется подъемом в них приливных волн от нашей галактики.
Сверхновая 1987A. В 1987 году в БМО вспыхнула ярчайшая сверхновая последнего времени. Ее вспышка была настолько яркой, что, невзирая на колоссальное расстояние, на короткое время она появилась на небе Земли, достигнув блеска 3-й звездной величины (ее можно было увидеть невооруженным глазом). Взрыв вскоре связали с разрушением голубого сверхгиганта Сандьюлик -69°202. До 1987 года большинство астрономов считали, что звезды такого типа вряд ли могут вспыхивать в виде сверхновых, теперь же они подозревают, что этот голубой сверхгигант начал свою жизнь как двойная система, в дальнейшем же его объекты постепенно по спирали сближались и на каком-то этапе до взрыва слились.
Один из признаков того, что Облака испытывают калечащее гравитационное воздействие, – это хвост из газа и свободных звезд, названный Магеллановым Потоком. Однако замеры скорости движения облаков в космосе дают основание полагать, что они оказались на своей орбите недавно. Но если они все-таки находятся на этой орбите, то с каждым очередным приближением к Млечному Пути он будет отрывать от них куски и деформировать, пока, в конце концов, окончательно не проглотит.
Скрытые галактики. Плотные звездные облака, лежащие вдоль плоскости Млечного пути, закрывают нам вид на межгалактическое пространство. Вот почему некоторые близлежащие галактики оставались скрытыми от наших глаз до недавнего времени. Один из таких примеров – спиральная галактика Циркуль, обнаруженная только в 1970-х годах. Правда, самым впечатляющим стало открытие т. н. карликовой эллиптической галактики в Стрельце (по англ. – SagDEG) и карликовой галактики в Малом Псе. Обе эти галактики сегодня поглощаются Млечным Путем. Они были найдены только благодаря глубокому анализу звезд вокруг центрального региона нашей галактики.
Совсем рядом лежат доказательства того, что Магеллановы Облака – далеко не первые жертвы Млечного Пути. В 1994 году астрономы открыли остатки другой маленькой галактики, расположенной непосредственно за центром нашей Галактики. Эта карликовая эллиптическая галактика SagDEG в Стрельце первоначально была шаром из старых красных и желтых звезд с небольшим количеством пыли и газа. Однако в результате столкновения с Млечным Путем ее разорвало на вытянутый караван звезд.
В пространстве вокруг Млечного Пути находятся еще несколько маленьких неправильных и эллиптических галактик, ни одна из которых, правда, ничем не примечательна для обычного наблюдателя. Следующая по значимости галактика настолько большая и яркая, что ее нетрудно увидеть невооруженным глазом. Галактика Андромеды, не менее известная под своим номером в каталоге Мессье М31, представляет собой спиральную галактику диаметром около 250000 световых лет, в два раза больше диаметра Млечного Пути.
С нашей точки обзора космоса мы видим Андромеду чуть выше вида с ребра, поэтому нам она кажется сияющим пушистым эллипсом шириной, равной примерно шести диаметрам полной Луны, с явной концентрацией света в центре. Фотографии с долгой экспозицией обнаруживают темные пылевые аллеи, которые помогают отслеживать водоворот спиральных рукавов.
М31 отличается от нашей Галактики некоторыми интригующими моментами. Андромеда составляет всего 2/3 массы нашей галактики. Это говорит о том, что в Млечном Пути намного больше газа, пыли и прочей невидимой темной материи. Анализ ядра этой галактики показывает, что в нем лежит необыкновенно плотное скопление звезд. Считается, что оно окружает сверхмассивную черную дыру с массой, примерно равной 30 млн Солнц.
Как и у Млечного Пути, у галактики М31 имеется свое значительное семейство галактик-спутников. Самыми выдающимися из них считаются две эллиптические галактики М32 и М110. Хотя размер их невелик, плотность расселения звезд в них куда выше, чем в любой другой карликовой эллиптической галактике в наших окрестностях. Более того, похоже, что совсем недавно в них происходили всплески звездообразования. Некоторые астрономы предполагают, что эти галактики представляют собой сохранившиеся остатки сердцевины малых спиральных галактик, разбитых Андромедой.
Другие спутники галактики М31 – это карликовые эллиптические и неправильные галактики, однако там же неподалеку лежит третий крупнейший член Местной группы, который, возможно, вращается на орбите вокруг Андромеды – МЗЗ, или галактика Треугольника.
Это еще одна спиральная галактика диаметром в половину Млечного Пути. Лежит МЗЗ плашмя лицом к Земле, но она не такая красивая, как Андромеда. Несмотря на относительную тусклость, МЗЗ содержит одну из крупнейших из ныне известных туманностей, в которых рождаются звезды. Это громадное образование из газа, пыли и звезд настолько яркое, что его внесли в каталог под отдельным номером NGC 604.
Млечный Путь входит в скопление, которое называют Местной Группой. Помимо него, там включено более полсотни галактик (больше карликовых). В размере охватывает 10 миллионов световых лет и достигает 1.29 миллиардов солнечных масс. Но Местная Группа галактик также не является обособленным объектом и выступает частью Местного сверхскопления (сверхскопление Девы).
Среди галактик по крупности и массивности выделяются Андромеда, Галактика Треугольника и Млечный Путь. Каждая из них располагает спутниковыми галактиками, поэтому все они не одиноки. Можно также вспомнить IC10, IC1613, Лев А, карликовые галактики Щит, Тукан, Кит и прочие.
Местную группу нашел Эдвин Хаббл, который дал ей сегодняшнее наименование в своем сборнике «Царство туманностей». Естественно, на тот момент он и не задумывался, что видит далекие галактики.
По состоянию на 2015 год местная группа насчитывает свыше 50 галактик различных размеров. Наиболее крупными объектами этой системы являются галактики Млечный Путь, Андромеда и галактика Треугольника. Эти три крупнейшие галактики имеют свои собственные подгруппы галактик, которые связаны с ними гравитационными силами. Сами же крупные галактики: Андромеда, Треугольник и Млечный Путь – также связаны гравитационными силами и оборачиваются в космическом пространстве вокруг общего центра масс.
Кроме крупных галактик и их подгрупп в местную группу входят прочие карликовые галактики, которые из-за их места расположения нельзя отнести ни в одну из указанных подгрупп. В Местную группу галактик входят: спиральные, эллиптические, карликовые эллиптические, карликовые сфероидальные и неправильные галактики. Возможно, ученым удастся до конца столетия обнаружить и новые типы галактик, о которых сейчас неизвестно. Это вполне возможно, так как серьезные наблюдения и исследования местной группы активно ведутся астрономами всего мира и по сегодняшний день.
Местная группа галактик состоит из более чем 50-ти объектов, каждый из которых является галактикой тех или иных размеров. Данные галактики гравитационно связаны между собой – все они оборачиваются в космическом пространстве вокруг общего центра масс. Считается, что практически все галактики местной группы имеют примерно одинаковый возраст – около 13 миллиардов лет. Кроме того, их объединяет состав, что может указывать на то, что эти объекты имеют общее происхождение.
Наблюдения галактик, входящих в местную группу показало, что они имеют определенную структуру, то есть, расположены не хаотично, а по большей части осмысленно. Практически все галактики местной группы расположены вдоль линии, которую условно можно провести между Млечным Путём и Туманностью Андромеды. Менее крупные галактики в основном сосредоточены вокруг трех крупных галактик: Млечного Пути, Андромеды и Треугольника.
Подгруппа Млечного Пути
Галактика Млечный Путь – далеко не самая крупная галактика наблюдаемой Вселенной, однако для нас она крайне важно по той простой причине, что именно здесь находится Солнечная система, а соответственно и мы. Галактика Млечный Путь входит в местную группу галактик, образовывая в ней что-наподобие своего районного центра. Здесь посередине находится сам Млечный путь, вокруг которого оборачиваются его спутники. На сегодняшний день их насчитывается четырнадцать штук. Среди них: Большая Медведица, Малая Медведица, Большой Пес, Стрелец, Дракон, Скульптор, Лев, Киль и другие.
Ранее считалось, что Большое и Малое Магеллановы Облака также являются частью подгруппы Млечного Пути. Однако в 2006 году при помощи телескопа Хаббл был обнаружен интересный факт – эти объекты движутся слишком быстро, относительно других спутников Млечного Пути. Это вполне может означать, что они не связаны гравитационно с Млечным Путем.
Тем не менее, направление движения Большого и Малого Магелланового Облаков свидетельствует о том, что примерно через четыре миллиарда лет они будут поглощены галактикой Млечный Путь. Что касается последней, то ей также грозит быть поглощенной своим гигантским соседом – Туманностью Андромеды.
Подгруппа Андромеды
Галактика Андромеды является наиболее крупным объектом местной группы галактик. Точно так же, как и Млечный путь, данный объект имеет 18-ть известных карликовых галактик-спутников, которые гравитационно связаны с ней. Наиболее известные из них М32 и М110. Эти галактики известны по той простой причине, что являются самыми яркими спутниками Туманности Андромеды с относительно небольшой, как для такого огромного расстояния, видимой звездной величиной.
Галактика Андромеды удалена от Млечного Пути примерно на 2,5 миллиона световых лет. Это ближайшая к нам галактика, которая, к сожалению, плохо поддается наблюдению, так как повернута к Земле ребром. Есть основания полагать, что гравитационные силы Туманности Андромеды, которая почти в два раза крупнее Млечного Пути, примерно через 5 миллиардов лет притянут к себе и поглотят галактику Млечный Путь, соединив ее с Андромедой.
Подгруппа Треугольника
Диаметр галактики Треугольника составляет всего 50 тысяч световых лет, что очень немного по космическим меркам. Тем не менее, данный астрономический объект является третьим по величине в местной группе галактик. На сегодняшний день галактика Треугольника имеет три предположительных спутника: Треугольник I, Андромеда II и карликовая галактика Рыбы.
К сожалению, до сих пор нет точных данных указывающих на то, что описанные выше спутники образуют вместе с Треугольником одну систему. Например, карликовая галактика Андромеда II расположена примерно посредине между Туманностью Андромеды и Галактикой Треугольника. До сих пор точно неизвестно, с гравитационным полем какой из этих двух галактик она связана. Большинство ученых полагает, что она все-таки относится к Треугольнику, но некоторые астрономы с этим не согласны и утверждают, что данный объект является частью Туманности Андромеды. Они даже называют эту карликовую галактику иначе – Андромеда XXII. Только дальнейшие наблюдения и изучение этого объекта смогут установить истину: к какой из двух местных подгрупп принадлежит данный объект.
|
