Лев Гиндилис – SETI: Поиск Внеземного Разума (страница 45)
Итак, звезды формируются из межзвездной среды путем гравитационной конденсации диффузной материи. Они проходят длительную стадию главной последовательности, когда устойчивое состояние звезды обеспечивается за счет ядерных реакций превращения водорода в гелий. Затем следует более короткая стадия красного гиганта, когда жизнь звезды поддерживается за счет горения гелия. И наконец, наступает заключительная фаза, когда, в зависимости от массы звезды, она либо превращается в белый карлик и медленно угасает, унося с собой в черную могилу накопления своей жизни, либо взрывается, как сверхновая, щедро разбрасывая в пространство плоды своего творчества для использования их в следующих поколениях звезд. Вспышка света необычайной яркости оповещает всех, кто может ее увидеть, об этом подвиге самоотверженности звезды, отдающей себя, свою материю, свою сущность во имя продолжения Беспредельной Нити Жизни Космоса. Умирая, она, подобно фениксу, возрождается вновь в поколениях звезд, которые приходят ей на смену.
2.1.4. Звездная система — Галактика.
Мы познакомились с миром звезд, с их свойствами, с тем, как они рождаются, живут и умирают. Теперь нам предстоит краткое знакомство с той страной, в которой они обитают, — с грандиозной звездной системой Галактикой, имеющей размер более 100 тыс. св. лет и содержащей порядка 1011 звезд. Напомним, что в Галактике астрономы измеряют расстояние в парсеках (1 пк = 3,26 св. года) или килопарсеках.
Большинство наблюдаемых звезд Галактики сосредоточено в плоском диске с небольшим сферическим утолщением в центре. Поперечник диска около 30 килопарсек (кпк), толщина — в десятки раз меньше; поперечник центрального утолщения (иногда его называют «балдж») составляет около 4 кпк. Диск с балджем окружены звездным гало сферической формы, размер которого около 20 кпк. Диск и гало — две основные подсистемы звездного населения Галактики. Предполагается, что вокруг этой «видимой» части Галактики простирается еще невидимая галактическая корона, образуемая очень слабыми звездами, присутствие которых обнаруживается только по их суммарному гравитационному полю. В центре Галактики расположено компактное ядро размером около 20 пк. Схематически строение Галактики показано на рис. 2.1.22.Солнце относится к населению диска, оно расположено на периферии Галактики, ближе к краю диска, на расстоянии около 8 кпк от центра и лежит почти точно в плоскости симметрии диска (на расстоянии 20 пк над нею). Земной наблюдатель видит диск «с ребра», и огромное число удаленных звезд сливается для него в светящуюся полосу Млечного Пути, который в безлунную ночь хорошо виден на небе невооруженным глазом. Отсюда происходит и название нашей звездной системы — Галактика, т. е. звездная система Млечного Пути («галактикос» по-гречески означает молочный[110]). Звезды, видимые невооруженным глазом вне полосы Млечного Пути, — это звезды диска, расположенные близко к Солнцу, поэтому они наблюдаются на больших углах по отношению к галактической плоскости.
Рис. 2.1.22. Схема строения Галактики (вид с ребра)
Концентрация звезд в окрестности Солнца соответствует приблизительно одной звезде на 8 кубических парсеков. Это значит, что среднее расстояние между звездами составляет около 2 пк (или 6,5 св. лет). В центральных областях Галактики концентрация звезд в миллион раз выше, а расстояние между ними в 100 раз меньше, чем в окрестностях Солнца.
Рис. 2.1.23. Мозаичная фотография Млечного Пути
Рис. 2.1.24. Траектории вращения звезд вокруг центра Галактики.В одной плоскости лежат орбиты звезд галактического диска, а пересекают плоскость орбиты звезд гало (сферической составляющей)
Звезды двух основных составляющих — диска и гало отличаются возрастом (а, следовательно, химическим составом) и характером движения. В состав гало входят наиболее старые звезды Галактики, относительно бедные тяжелыми элементами. Звезды диска более молодые, и они богаче тяжелыми элементами по сравнению со звездами гало.
Важно подчеркнуть, что Галактика представляет собой не просто случайное скопление гигантского количества звезд, а динамическую систему, в которой составляющие се элементы совершают упорядоченное движение под действием центральной силы, определяемой суммарным тяготением галактической материи. Если мы выделим 100 или 1000 звезд в окрестности Солнца — они не образуют динамическую систему, а вот Галактика в целом является такой системой.
Звезды диска обращаются вокруг ядра Галактики по почти круговым орбитам, лежащим приблизительно в одной плоскости. При этом все они обращаются в одну сторону. Скорость их движения зависит от расстояния от центра Галактики. Для звезд в окрестности Солнца скорость галактического вращения составляет приблизительно 200 км/с, это соответствует полному периоду обращения вокруг центра Галактики примерно за 250 млн лет. Звезды сферической составляющей обращаются вокруг центра Галактики по сильно вытянутым эллиптическим орбитам, наклоненным под всевозможными углами к плоскости диска (рис. 2.1.24)[111]. Такой характер вращения напоминает вращение тел Солнечной системы. Звезды диска движутся подобно плане там, а звезды гало — подобно кометам. По-видимому, это связано с тем, что процесс формирования Галактики и Солнечной системы имеют общие черты.
Характерной особенностью Галактики является ее спиральная структура. Собственно говоря, спиральная структура относится не ко всей Галактике, а лишь к ее диску. Если бы мы могли посмотреть на нашу Галактику со стороны, в направлении перпендикулярном плоскости диска, го увидели бы, что от центра диска к периферии отходят спиральные рукава (рис. 2.1.25). 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 звезды высокой светимости. 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. Когда газопылевое облако при своем вращении вокруг центра Галактики входит в спиральный рукав, то на внутренней кромке рукава возникает ударная волна, здесь образуется область повышенной плотности, что способствует процессу звездообразования. Возникающие молодые звезды ярким блеском отмечают область своего звездного «инкубатора».
Рис. 2.1.25. (Вверху) Спиральная галактика NGC 1232. По-видимому. она похожа на нашу Галактику. Светлые точки в верхней части рисунка представляют собой распределение молодых объектов в спиральных рукавах нашей Галактики вблизи Солнца, наложенные на фотографию NGC 1232, При выбранном масштабе точки хорошо ложатся на спиральные ветви NGC 1232. (Ниже) Галактика NGC 5364 в созвездии Девы—одна из типичных спиральных галактик
Что же является причиной возникновения спиральной структуры? Считается, что из центра Галактики распространяется спиральная волна плотности. Она представляет собой периодическое чередование сгущения и разряжения галактической материи (звезд и межзвездного вещества). Но в отличие от обычной волны, например, на поверхности воды, которая распространяется по прямым линиям во все стороны от источника возбуждения, галактическая волна плотности распространяется от центра Галактики по спирали. Эта спиральная волна плотности обращается вокруг галактического центра с постоянной угловой скоростью (не зависящей от расстояния от центра Галактики). Поэтому спиральный узор при вращении сохраняется. Но этот узор есть картина распределения плотности. Что же касается отдельных «частиц» вещества — звезд или межзвездных облаков, скорость вращения которых зависит от расстояния от центра Галактики, то они при своем движении пересекают спиральную структуру. Звезды входят в спиральный рукав и, миновав его, вновь выходят в пространство между рукавами. На расстоянии 10—15 кпк от центра Галактики (пока расстояние точно не известно) скорость галактического вращения совпадает со скоростью вращения спирального узора. Эта область получила название зоны коротации. Вблизи нее звезды никогда не пересекают спиральные рукава. Некоторые авторы считают, что Солнце находится как раз в зоне коротации и что это оказало решающее влияние на происхождение жизни в Солнечной системе.
Как возникают в Галактике волны плотности, что является их «генератором» — этот вопрос остается пока нерешенным. Возможно, разгадка таится в природе самого Галактического центра, откуда распространяются волны плотности.
Диск, гало, корона, спиральные ветви — это наиболее крупные элементы галактической структуры. Но и внутри этих крупных структурных образований распределение галактической материи также неоднородно. Звезды диска часто группируются в скопления. Причем это не эффект случайной проекции: звезды скопления располагаются в одной области пространства и гравитационно связаны между собой. Плотность звезд в скоплении в десятки раз выше, чем в окружающем звездном фоне, но заметной концентрации к центру скопления не наблюдается. Такие скопления получили название «рассеянные». Число звезд в рассеянных скоплениях меняется в широких пределах — от нескольких десятков звезд (бедные скопления) до нескольких тысяч звезд (богатые скопления). Примером рассеянного звездного скопления может служить хорошо известное скопление Плеяды в созвездии Тельца, видимое невооруженным глазом (см. рис. 2.1.26); оно содержит сотни звезд, из которых глазом видны 5-6 самых ярких. Диаметры рассеянных скоплений составляют от 1,5 до 30 пк, а массы — от 100 до 3000