Таким образом, мир звезд весьма разнообразен. Звезды отличаются не только по массе и размеру. Существует множество типов переменных звезд, новые, сверхновые звезды, нейтронные и даже кварковые звезды. Некоторые звезды – одиночные, другие входят в состав двойных и кратных систем. Но обо всем этом мы говорить не будем, ибо наша задача представить себе общую картину строения Вселенной. Окружающие нас звезды, как уже говорилось, входят в гигантскую звездную систему – Галактику.
Галактика
Большинство наблюдаемых звезд Галактики сосредоточено в плоском диске с небольшим сферическим утолщением в центре. Поперечник диска около 100 тыс. св. лет, толщина – в 100 раз меньше; поперечник центрального утолщения (иногда его называют балдж) составляет около 15 тыс. св. лет. Диск с балджем окружены звездным гало сферической формы. Диск и гало – две основные подсистемы звездного населения Галактики. Предполагается, что вокруг этой «видимой» части Галактики простирается еще невидимое темное гало, образуемое, так называемой, темной материей, присутствие которой обнаруживается только по ее гравитационному полю. В центре Галактики расположено компактное ядро размером около 10 тыс. св. лет. Схематически строение Галактики показано на рисунке. Солнце расположено в диске Галактики ближе к его краю (на расстоянии примерно двух третей его размера от центра Галактики).
Схематичное изображение структуры Млечного Пути, вид с ребра. Рисунок с сайта https://ru.wikipedia.org/
Более тонкая структура включает звездные скопления, плотность звезд в них в десятки раз выше, чем в окружающем звездном фоне. Примером может служить скопление Плеяды, хорошо видимое невооруженным глазом в созвездии Тельца. Все звезды скопления имеют близкий возраст и образуются из одного газопылевого облака. Такие скопления называются рассеянными. Рассеянные скопления находятся в галактическом диске. Звезды галактического гало также группируются в скопления. В отличие от рассеянных звездных скоплений диска, они имеет правильную шаровую форму, и поэтому получили название шаровых скоплений. По размерам шаровые скопления превосходят рассеянные, и число звезд в них намного больше: десятки и сотни тысяч, а в отдельных случаях вплоть до миллиона.
Помимо звезд, важную роль в жизни Галактики играет межзвездная среда, из которой образуются и сами звезды. Она состоит из газа и пыли, перемешанных в отношении 100:1 (по массе). Газ и пыль сосредоточены в галактическом диске. Как и звезды, они распределены неравномерно, образуя отдельные газопылевые облака. Главным компонентом межзвездной среды является водород. Он может находиться в атомарном или молекулярном состоянии. Соответственно, говорят об облаках атомарного или молекулярного водорода. Но, конечно, там представлены и другие химические элементы. Плотность молекулярных облаков на много порядков выше, в них происходит процесс звездообразования. Плотные газопылевые облака не пропускают свет звезд, находящихся за ними. Поэтому они выглядят как темные области на небе, которые получили название темных туманностей. Если вблизи газопылевого облака находятся яркие звезды, то благодаря рассеянию света звезд на частицах пыли, такие облака могут наблюдаться в виде светлых туманностей, которые получили название отражательных. Когда температура звезд, находящихся внутри (или вблизи) газопылевого облака, достаточно высока, они своим мощным УФ-излучением ионизируют газ. Образуется область ионизированного газа, которая излучает как в радиодиапазоне, так и в оптической области спектра. Эти светящиеся области получили название диффузных туманностей. Формы их необычайно разнообразны, они обладают очень богатой тонкой структурой и по красоте не уступают картинам облаков в земной атмосфере. Конечно, наблюдать их можно только с помощью телескопов.
Диффузная туманность в созвездии Ориона. Фото с сайта https://www.nasa.gov/
Говоря о «населении» Галактики, нельзя не упомянуть черные дыры. Они образуются на заключительной стадии эволюции очень массивных звезд, когда последние, лишившись внутренних источников энергии, катастрофически сжимаются до такой степени, что их мощное гравитационное поле не позволяет вырваться за пределы черной дыры ни частице вещества, ни даже кванту света. В центре черной дыры материя находится в сингулярном состоянии, плотность ее теоретически равна бесконечности, практически очень близка к ней. Черная дыра не светит и не греет, но своим мощным гравитационным полем затягивает внутрь себя вещество из окружающего пространства. Поэтому ее называют иногда гравитационной могилой (название не вполне оправданное, ибо, как показывают последние исследования, черные дыры могут таить в себе созидательные возможности). Помимо тех черных дыр, которые образуются на заключительных стадиях звездной эволюции, существуют сверхмассивные черные дыры с массой в миллион и даже миллиард солнечных масс. Они находятся в центрах галактик. Так в центре нашей Галактики находится черная дыра массой 4 миллиона солнечных масс. Свойства черных дыр весьма необычны, при определенных условиях они могут превращаться в гипотетические белые дыры, которые не поглощают вещество, а, напротив, являются источником его истечения. Поэтому наличие черных дыр в центре галактик заставляет вспомнить идею великого астронома XX века Джеймса Джинса, который считал, что в центрах галактик находятся особые точки, где в нашу Вселенную вливается вещество из каких-то других пространственных измерений. Как знать, может быть, эта мысль – в несколько измененном виде (как это не раз случалось в истории науки) – получит со временем подтверждение и развитие.
Характерной особенностью нашей Галактики является ее спиральная структура. Мы находимся внутри Галактики и не можем посмотреть на нее со стороны. Но если бы мы могли вылететь за пределы Галактики, то увидели бы примерно такую картину, как на фото. Здесь изображена ближайшая к нам спиральная галактика М 31 в созвездии Андромеды, известная еще под названием Туманность Андромеды (люди с острым зрением при хороших погодных условиях могут видеть ее невооруженным глазом в виде туманного продолговатого пятна).
Галактика М 31 (Туманность Андромеды). Фото с сайта https://www.nasa.gov/
Спиральная структура относится не ко всей Галактике, а лишь к ее диску. Спиральные рукава представляют собой области повышенной концентрации (сгущения) звезд и межзвездного вещества. В промежутках между рукавами плотность галактической материи меньше. Солнце расположено между рукавами – между рукавом Стрельца и рукавом Персея, и движется в направлении последнего. В спиральных ветвях Галактики сконцентрированы почти все молодые горячие, имеющие высокую светимость звёзды. Именно они наиболее ярко очерчивают спиральные ветви. Эти звезды образуются в спиральных ветвях и за время своего существования не успевают покинуть их. Таким образом, спиральные ветви представляют собой место, где наиболее интенсивно идет процесс звездообразования. Возникающие молодые звезды ярким блеском отмечают область своего звездного «инкубатора».
Мир галактик
Еще в начале XX века известная астрономам Вселенная ограничивалась рамками нашей Галактики. Но сегодня мы знаем, что в пределах наблюдаемой области Вселенной находятся не менее 10 миллиардов галактик. «Даже простое наблюдение звездного неба, – писал Н.А.Уранов, – наполняет сердце трепетом. Этот трепет возрастает, когда астрономы поясняют нам, что среди этих мириадов сверкающих центров огромных сил лишь несколько точек являются нашими планетами, а остальные – это могучие центры далеких солнечных систем и грандиозные скопления солнц – галактики» (Н.Уранов. Размышляя над Беспредельностью).
Мир галактик не менее разнообразен, чем мир звезд. По своему внешнему виду галактики делятся на три основных типа: эллиптические (Е), спиральные (S) и неправильные (Ir). Эллиптические галактики имеют форму эллипса, спиральные характеризуются наличием спиральных рукавов и, также как и эллиптические, делятся на несколько типов. Существует также промежуточный тип галактик между эллиптическими и спиральными. Они получили название линзообразных. Наиболее многочисленны спиральные галактики (50 %), эллиптические составляют около 25 %, линзообразные – около 20 %, а на долю крупных неправильных (иррегулярных) галактик приходится только 5 %. Фотографии некоторых галактик приводятся на рисунке. Основные типы галактик отличаются не только по своему внешнему виду, но и по составу, структуре и характеру движения.
Классификация галактик. Рисунок с сайта https://ru.wikipedia.org/
Подобно звездам, галактики образуют группы, скопления и сверхскопления. Скопления галактик делятся на правильные и неправильные. Правильные скопления обладают сферической формой и содержат десятки тысяч галактик. Неправильные скопления менее населенные, в них входят от нескольких десятков до нескольких сотен галактик. Ближайшее к нашей Галактике скопление галактик находится в созвездии Девы, это неправильное скопление, содержащее около 2000 галактик. Ближайшее сферическое скопление находится в созвездии Волос Вероники, оно содержит более 30 тыс. галактик. Часть галактик (около 10 %) не входит в скопления. Среднее расстояние между ними приблизительно в 100 раз больше размеров галактик. Среднее расстояние между галактиками в скоплениях – всего в 10–20 раз меньше размеров галактик. В этом отношении распределение галактик сильно отличается от распределения звезд: среднее расстояние между звездами приблизительно в 20 млн раз превышает их размеры. Таким образом, галактики «упакованы» в пространстве гораздо более плотно. Еще плотнее упакованы скопления галактик, расстояние между ними практически одного порядка с размером скоплений. Часть скоплений, как уже было сказано выше, объединяются в сверхскопления.
