Сколько галактик во Вселенной?

Слова поэта поражают: ведь в те времена знали только одну звездную систему. И как ни много звезд в нашей Галактике, но их количество все-таки ограничено - около 100 млрд. Лишь в начале прошлого века астрономы поняли, что есть звездные миры, существующие независимо от нашей системы-галактики, называемой Млечный Путь. Туманность Андромеды - типичный пример соседнего гигантского звездного дома. С открытием других звездных "островов" мысль о бесконечности окружающего нас мира получила существенную поддержку.

Ведь если галактика в созвездии Андромеды похожа на нашу, в которой расположена Солнечная система, то схожую природу имеют и множество других галактик, в которых из-за их удаленности от нас ученые не могут рассмотреть отдельные звезды.

Сколько же галактик во Вселенной? Ответ на этот вопрос имеет громадное значение для судеб находящихся в ней цивилизаций. Если все галактики можно "пересчитать", то это означает, что и время жизни Вселенной должно быть ограничено.

Наш мир существует благодаря тому, что в начале всего лежит превращение водорода в гелий, происходящее внутри звезд. Этот процесс образно описал Харри Мартинсон в миниатюре:

В изнанке времени возник
водород в неброском виде
и из атомов воздвиг
богу своему хитроумный дом.

И в этом мире мы с вами сейчас живем! Постепенно звезда "...сжимается и стынет и плывет в те миры, где тускло носятся в пустыне, как луны, мертвые шары". Так Семен Кирсанов в стихотворении "Сожаление" пишет о судьбе звезды.

Каково же будущее того мира, где звезды, исчерпав запасы горючего, поддерживавшего их свечение на протяжении десятков миллиардов лет, либо превратятся в холодные объекты - белые карлики, нейтронные звезды, либо станут черными дырами?

Конечно, можно подсчитать, что нашей Галактике, чтобы превратиться в кладбище звезд, понадобится сотня миллиардов лет. Астрономы установили, что возраст Галактики составляет около 12 млрд. лет. А что произойдет с ней в следующий десяток миллиардов лет? Неужели человечество окажется в поистине фантастическом мире, в котором все звезды погасли? А жизнь сохранившихся цивилизаций будет поддерживаться теплом, извлекаемым неведомыми нам путями, например, в космической жаровне, где будут сгорать отжившие свое звезды.

Но есть ли во Вселенной такие процессы, которые приводили бы к возобновлению водорода? Если есть, то в Галактике должен иметь место "круговорот водорода". И тогда было бы весьма затруднительно указать время "кончины" подобной системы. Такая возможность позволит какой-нибудь развитой цивилизации путешествовать от одной звезды к другой, еще не погасшей, обеспечивая себе практически вечное существование. Ведь если в одной области галактики звезды умирают, то в другой - могут загораться новые. Такое рассуждение понадобилось нам, чтобы обосновать переход ученых к рассмотрению свойств объектов, расположенных за пределами нашего звездного дома, причем иногда на столь огромных расстояниях, что луч света от них идет к нам миллиарды лет. Для сравнения вспомним: необходимо чуть больше 8 минут, чтобы световой луч известил нас о том, что произошло на Солнце. Чтобы "определить судьбу" Вселенной, в том числе и нашей Галактики, следовало бы узнать о свойствах громадного мира галактик.

Сейчас ни один астроном с точностью не скажет, сколько галактик можно наблюдать на небе современными средствами. В 1934 году американский астроном Эдвин Хаббл подсчитал, что число звездных островов, которые он смог бы "увидеть" с помощью крупнейшего тогда телескопа с диаметром зеркала 2,5 м, составляет свыше 5 млн. Но с тех пор построены 6-м, несколько 8-м и два 10-м телескопа. В 6-м телескоп астрономы смогли бы наблюдать уже 1,4 млрд. галактик. Конечно, столько объектов ни один астроном не в состоянии увидеть. На помощь пришли подсчеты, сделанные в небольшом участке неба, которые затем были увеличены с учетом площади всей небесной сферы.

А вот космическому телескопу, названному в честь Э. Хаббла, доступны для просмотра уже около 50 000 млрд. галактик! Сравните эту цифру с количеством жителей на Земле - на каждого приходится около 10 000 галактик! А в каждой галактике бывает до 100 млрд. звезд. Вот и верь после этого астрологам, утверждающим, что звезды на небе определяют судьбу каждого человека на Земле. Но хоть и велики приведенные цифры, но им все равно далеко до бесконечности.

Как разобраться в закономерностях, определяющих вид и суть столь огромного количества объектов? Конечно, такая задача была бы невообразимо трудной, а может, и неразрешимой, если бы все внегалактические объекты были различны. Природа оказалась не настолько коварной, чтобы завести астрофизиков в тупик. По образному выражению Вильяма Гершеля, "Лаборатория Природы", а именно так он назвал мир звезд и туманностей, есть "сад", в котором различные объекты находятся на разных стадиях развития. К великому сожалению, астрономы до сих пор не могут с уверенностью сказать, какие объекты этого космического сада являются молодыми, а какие - старыми. Но все-таки разделить все множество галактик на типы ученые смогли более 70 лет назад. И сделал это уже знакомый нам Э. Хаббл. Весной 1926 года идея ученого была опубликована в отчете Комиссии по туманностям Международного Астрономического Союза.

Оказалось, что 95 % всех звездных островов имеют симметричную форму. Лишь у трех из ста галактик трудно заметить какую-либо структуру, и по этой причине они были названы неправильными.

Другой известный астрофизик Вальтер Бааде писал, что "система Хаббла настолько эффективна, что число исключений неправдоподобно мало". Схема Хаббла очень проста: галактики бывают сферическими, эллиптическими, спиральными и неправильными. Вот только га-Схема, показывающая разнообразие форм галактик, была предложена Эдвином Хабблом. Она имеет вид "камертона": на "рукоятке " изображены эллиптические галактики, на двух ответвлениях - спиральные галактики. В том месте, где ответвления соединяются с "рукояткой", находится чечевицеобразная галактика, которая обладает некоторыми особенностями эллиптических и спиральных галактик.

Галактики делятся на два больших класса. У одних спирали выходят прямо из ядра, а у других - из перемычки, соединяющей спирали с ядром.

Ученые любят все выражать в процентах, и во многих случаях это бывает оправдано, ведь за цифрами всегда кроется какая-нибудь особенность. Поло­вина галактик имеют спирали, а четверть из них видна на фотографиях в виде светлых пятен эллиптической формы. Бесформенных галактик всего 5 %. Пятая часть относится к линзообразным, поскольку это - и не эллиптические, и не спиральные галактики.

Цифры всегда скучны сами по себе, если не участвуют в описании какого-нибудь сюжета, который оказывается иногда весьма занимательным. Действительно, почему галактики отличаются друг от друга? Не становятся ли сферические галактики со временем спиральными, которые затем теряют свой узор и превращаются в неправильные? Красоту схемы Хаббла признали все. Пользоваться ею стали на всех обсерваториях, поскольку, как казалось вначале, она вроде бы описывала простую схему возникновения и жизни галактик.

Вообразите гигантское облако газа, из которого со временем образуется галактика с сотней миллиардов звезд. Гравитация будет сжимать облако, а вращение приведет к сплющиванию. Вот и получается, что если галактика вначале имела сферическую форму, то со временем она становилась все более сжатой. А как же появились спирали? Вспомните катание на карусели - круге, вращающемся вокруг оси, проходящей через его центр. Удержаться на нем становится все труднее по мере увеличения скорости его вращения. Так и вещество галактики - оно будет отрываться от экваториальной плоскости, и удаляясь от оси вращения, закручиваться в виде спиралей.

Такая теория объясняла существование всех типов галактик. По этой схеме наша Галактика и туманность Андромеды, которые являются наиболее массивными из всех видимых в наблюдаемой части Вселенной (Мета­галактике), должны быть наиболее старыми. Процесс сжатия ускоряется с увеличением массы протогалактического облака. Но такой вывод вряд ли верен, поскольку почти все галактики имеют один и тот же возраст. Есть и другие аргументы против изложенного допущения. Например, почему у "очень старых" неправильных галактик астрономы обнаружили наибольшее количество газа, иногда до трети от массы самого объекта. Как же так, почему у старого объекта есть еще вещество, из которого могут образовываться звезды?

А может быть, каждая из галактик проходит свой собственный путь развития? И что же тогда со временем может получиться из туманности Андромеды или из нашей собственной Галактики? Но в природе всегда множество схожих объектов развивается определенными схожими путями. Какими же?

Большинство из нас знает астрономические объекты, заключенные внутри весьма ограниченного объема пространства - звезды, планеты и их спутники, кометы, астероиды... Но Абдулла Арипов в стихотворении "Безбрежность" верно отметил:

Доказано, что нет пределов у Вселенной:
Над небом наших звезд -
Миры других небес.
Ни мыслью, ни мечтой,
Пусть самой дерзновенной,
Не в силах мы объять
Величье всех чудес.

О звездной природе галактик узнали после того, как К. Лундмарк наблюдал звезды на окраинах туманности М 33 в созвездии Треугольника. Через пять лет Э. Хаббл сделал то же и для туманности в Андромеде М 31. В настоящее время самый крупный телескоп способен зафиксировать сотни миллиардов галактик. Они делятся на два больших класса. У одних спирали выходят прямо из ядра, а у других - из перемычки, соединяющей спирали с ядром.

…Расстояния до галактик невозможно определить методом параллаксов, так как они слишком далеки. Для этого используют наблюдения цефеид, Новых и Сверхновых звезд, шаровых скоплений, облаков ионизированного водорода и др. В 1912 году В. Слайфер открыл красное смещение в спектрах галактик, которое в сравнении с расстоянием до них и позволило Э. Хабблу установить связь между ними.

Вид галактики связан с ее характеристиками: более яркие галактики являются и более массивными. Масса галактики определяется по кривой скоростей, то есть, зависимости скорости вращения от расстояния до центра галактики.

Кривые вращения показывают также, что в галактиках, возможно, есть значительное количество вещества, которое не проявляет себя в излучении - так называемая "скрытая масса".

Массы же галактик могут быть весьма велики - до нескольких сотен миллиардов масс Солнца, причем, наиболее массивными оказываются эллиптические галактики.

Многие галактики входят в скопления. Наша галактика входит в Местную группу, насчитывающую свыше трех десятков галактик, в число которых входит М 31, одна из самых массивных в Метагалактике, а также около двух десятков карликовых галактик и знаменитые Магеллановы облака - Большое и Малое - спутники Галактики. Центр ближайшего сверхскопления галактик находится в созвездии Девы на расстоянии около 65 млн. световых лет. Оно содержит около 200 галактик высокой и средней светимости, в том числе и ярчайшую из них - "Сомбреро". Ученые считают, что наша Местная система галактик входит в это сверхскопление.

Многие галактики являются источниками радиоизлучения. Среди них выделяются галактики умеренной мощности (N-галактики и сейфертовские галактики). Многие галактики активно излучают избыточное количество коротковолнового излучения. Считается, что его источниками являются электроны, движущиеся в магнитных полях галактик.

Наиболее замечательными и наиболее удаленными от нас галактиками являются квазары - источники необычайно высокого излучения, природа которого до сих пор не разгадана. Астрономы уверены, что в центре квазаров расположена сверхмассивная черная дыра, взаимодействие которой с веществом Галактики и является причиной мощного излучения.

Мы еще не раз вернемся к теме изучения галактик, поскольку она действительно неисчерпаема, и вопросов здесь гораздо больше, чем ответов.

Космический танец царства Галактик

Детальное исследование Вселенной показало, в каком фантастическом космическом балете участвует Земля. Сначала она со скоростью 30 км/с увлекает нас за собой в ежегодное путешествие по орбите вокруг Солнца диаметром 17 световых минут. Солнечная система совершает "кругосветное путешествие" вокруг центра Млечного Пути со скоростью 230 км/с.

Млечный Путь диаметром 100 тысяч световых лет летит со скоростью 90 км/с к своей соседке Андромеде, при этом они являются частью Местной группы, которая простирается на миллионы световых лет. В свою очередь, Местная группа галактик движется со скоростью, примерно, 600 км/с, притягиваемая сверхскоплениями в созвездиях Девы, Гидры и Центавра, ближайшее из которых отстоит от нас на расстоянии более 65 млн. световых лет. Упомянутые ближайшие сверхскопления находятся в гравитационном взаимодействии с другими галактическими агломерациями.

Совокупности сверхскоплений образуют гигантские цепочки, протяженностью в сотни миллионов и миллиарды световых лет. Самое интересное то, что видимая нашим глазом материя (звезды и галактики) играет весьма незначительную роль в этом "Вселенском спектакле". В значительно большей степени эти гигантские пространственные структуры формирует: а) - гравитационное поле невидимой "скрытой массы" или "темной материи", излучение которой не фиксируется нашими приборами, а также б) - антигравитационное воздействие "темной энергии", способствующее расширению Метагалактики.

В глубинах Малого Магеланового облака

Несомненным украшением южного звездного неба нашей планеты является Малое Магелланово облако (ММО) - спутник Млечного Пути. Оно находится от нас на расстоянии 210 000 световых лет в направлении созвездия Тукана. Объектом исследований космического телескопа им. Хаббла стала область звездообразования в ММО, получившая название NGC 346. Эта область, запечатленная на снимке, приведенном на следующей странице, имеет в поперечнике около 200 световых лет. При детальном исследовании ученые обнаружили здесь множество звездных эмбрионов, зарождающихся в коллапсирующих газово-пылевых облаках. В этих зародышах еще не начались ядерные реакции. Наименьшие из них имеют массу, равную половине массы нашего Солнца. Их общее количество равно, примерно, 2500. По оценкам астрономов, общее количество звезд в NGC 346 составляет 70 000. Там обнаружено несколько возрастных групп звезд. Наиболее старые имеют возраст 4500 млрд. лет (ровесники нашего Солнца), а самые молодые образовались всего 5 млн. лет назад, когда человек на Земле осваивал прямохождение.

Галактики, не имеющие выраженной структуры, подобные ММО, считаются строительными блоками, из которых на ранних стадиях развития Вселенной формировались большие галактики. Этот спутник Млечного Пути является "лабораторией" для исследования процессов рождения звезд. ММО образовалось значительно позже нашей Галактики, о чем говорит меньшее содержание тяжелых элементов в его звездах.

Автор: Владимир Карташов