Рукава млечного пути названия. Природа спиральных рукавов Галактик. Положение Солнца в галактике Млечный Путь

Вращение энергии по эллипсам есть исключительное свойство самого пространства. При развороте эллипсов на некоторый угол так, как показано на рисунке, наибольшую плотность энергии будут иметь точки соприкосновения эллипсов. Поэтому количество выделяемой энергии в этих местах будет суммироваться. В этом случае в пространстве снова возникает энергетическая структура. Точно так же, как в хронооболочках нулевого модуля у нас получилась энергетическая модель додекаэдра, так в хронооболочках первого модуля получается спиральная картина. В соответствии с тем, что выделение энергии вдоль спиральных рукавов происходит с большей амплитудой, то именно в этих местах интенсивнее всего будет происходить процесс звездообразования.

Хотелось бы еще раз подчеркнуть, что образование вращающегося диска и образование спиральных рукавов - это структуры совершенно разной природы. Вращающийся диск - это система материальных тел, образующихся в ходе преобразования времени. А спиральные рукава - это энергетическая структура пространства, показывающая, в какой его области выделение энергии происходит интенсивнее всего. Поэтому главным свойством волнового спирального узора является его однородное вращение, как единой системы пространств, образуемых торами. Следовательно, и картина спирального узора вращается вся как единое целое с постоянной угловой скоростью. Хотя диск галактики вращается дифференциально, потому что он формировался в разных условиях и каждая его часть находится на своем этапе эволюции. Но сам диск по отношению к спиральным рукавам вторичен, первична именно энергетическая структура спиралей, которая задает темп всему звездообразовательному процессу диска. Именно по этой причине спиральный узор обозначается столь четко и ясно и сохраняет на всем протяжении диска галактики полную регулярность, никак не искажаемую дифференциальным вращением диска.

Плотность звезд в спиральных рукавах.

Образование звезд происходит по всему диску примерно одинаково, поэтому плотность звезд будет зависеть от того, насколько плотно располагаются между собой хронооболочки. Не смотря на то, что в рукавах звездообразование происходит более интенсивно, плотность звезд здесь не должна сильно отличаться от других областей диска, хотя повышенная амплитуда энергии и заставляет инициироваться хронооболочки, находящиеся в менее выгодных условиях. Астрономические наблюдения показывают, что плотность звезд в спиральных рукавах не так уж велика, они расположены там лишь немного гуще, чем в среднем по диску, - всего процентов на 10, не больше.

Такой слабый контраст никогда не был бы замечен на фотографиях далеких галактик, если бы в спиральном рукаве звезды были бы такими же, что и во всем диске. Все дело в том, что вместе со звездами в спиральных рукавах происходит интенсивное образование межзвездного газа, который затем конденсируется в звезды. Эти звезды на начальной стадии своей эволюции очень ярки и сильно выделяются среди других звезд диска. Наблюдения нейтрального водорода в диске нашей Галактики (по его излучению в радиодиапазоне на длине волны 21 см) показывают, что газ действительно образует спиральные рукава.

Чтобы рукава четко очерчивались молодыми звездами, требуется достаточно высокая скорость превращения газа в звезды и, кроме того, не слишком большая длительность эволюции звезды на ее начальной яркой стадии. И то, и другое выполняется для реальных физических условий в галактиках, благодаря повышенной интенсивности потока времени, выделяющегося в рукавах. Продолжительность начальной фазы эволюции ярких массивных звезд меньше времени, за которое рукав заметно сместится при своем общем вращении. Эти звезды светят около десяти миллионов лет, что составляет всего пять процентов от периода вращения Галактики. Но по мере того как звезды, очерчивающие спиральный рукав, сгорают, вслед за ними формируются новые светила и связанные с ними туманности, сохраняя неизменным спиральный рисунок. Звезды, оконтуривающие рукава, не переживают даже одного оборота Галактики; устойчив только спиральный узор.

Повышенная интенсивность выделения энергии вдоль рукавов Галактики сказывается на том, что здесь в основном сосредоточены самые молодые звёзды, многие рассеянные звёздные скопления и ассоциации, а также цепочки плотных облаков межзвёздного газа, в которых продолжают образовываться звёзды. В спиральных ветвях находится большое количество переменных и вспыхивающих звёзд, в них чаще всего наблюдаются взрывы некоторых типов сверхновых. В отличие от гало, где какие-либо проявления звёздной активности чрезвычайно редки, в спиральных ветвях продолжается бурная жизнь, связанная с непрерывным переходом вещества из межзвёздного пространства в звёзды и обратно. Потому что нулевой модуль, представляющий собой гало, находится на завершающем этапе своей эволюции. Тогда как первый модуль, представляющий собой диск, находится на самом пике своего эволюционного развития.

Выводы

Сформулируем основные выводы, полученные при анализе пространства Галактики.

1. С точки зрения системной самоорганизации материи две подсистемы, которые составляют Галактику, относятся к разным модулям интегральной структуры мироздания (ИСМ). Первая - сферическая часть - это нулевой пространственный модуль. Вторая дисковая часть Галактики относится к первому модулю ИСМ. В соответствии с причинно-следственными связями первый модуль или дисковая часть Галактики является следствием, тогда как нулевой модуль или гало считается причиной.

2. Любое пространство создается из хронооболочки, которая в момент поступления энергии представляет собой веерный диполь. На одном конце такого диполя находится вещество, а на другом - сфера расширяющегося пространства. Один полюс диполя обладает свойствами гравитирующих масс и представляет собой материальную точку, а другой полюс обладает антигравитирующими свойствами расширяющегося пространства и представляет собой сферу, окружающую материальную точку. Таким образом, любой веерный диполь имеет физическое тело и трехмерное физическое пространство. Поэтому каждое причинно-следственное звено будет состоять из четырех элементов: тела причины и пространства причины, тела следствия и пространства следствия.

3. Основные особенности гало определяются свойствами хронооболочки нулевого модуля. Перечислим их.

1). Границей гало является мембрана, обладающая антигравитирующими свойствами, которая ограничивает расширяющуюся сферу вакуума веерного диполя. Она представлена слоем водородной плазмы, окружающим снаружи гало, в виде короны. Образуется корона за счет тормозящего влияния мембраны на ионы водорода. Топология пространства гало является сферической.

2). В своем эволюционном преобразования гало прошло через стадию инфляции, во время которой хронооболочка гало раздробилась на 256 мелких хронооболочек, каждое из которых теперь является одним из шаровых скоплений Галактики. Во время инфляции пространство Галактики экспоненциально увеличило свои размеры. Сформированная система была названа ячеисто-сотовой структурой гало.

3). Хронооболочки шаровых скоплений звезд продолжали дробиться и дальше. Предельным уровнем квантования галактик становятся звезды и звездные системы. Предельным уровнем квантования называется новая структурная организация материи.

4). Относительное местоположение хронооболочек звезд, находящихся в ячеисто-сотовой структуре гало, является крайне неравноценным. Некоторые из них располагаются ближе к центру Галактики, другие - ближе к периферии. В результате такого неравноправия звездообразование в каждой хронооболочке имеет свои особенности, которые сказываются в отношении плотности вещества или на характере их движения.

5). Карликовые системы, обнаруженные в пределах нашей Галактики, относятся к хронооболочкам квадруполей второго или третьего уровня, которые также представляют собой замкнутые самоорганизующиеся подсистемы, принадлежащие Галактике.

6). Нынешнее состояние гало относится к завершающему этапу эволюции. Расширение его пространства закончилось в связи с конечностью выделяемой энергии. Силам гравитации ничто не противостоит. Поэтому последняя стадия эволюции гало обусловлена процессами распада. Гравитация становится основной силой в системе, заставляя материальные тела двигаться к центру Галактики в усиливающемся поле тяготения. В центре Галактики образуется притягивающий аттрактор.

4. Основные особенности диска определяются свойствами хронооболочки первого модуля, который является следствием нулевого модуля. Перечислим их.

1). Поскольку дисковая часть Галактики является следствием, поэтому гравитационный веерный диполь будет представлять собой аксиальный вектор М=1 вращающийся вокруг аксиального вектора М=0.

2). Пространство, образуемое одним из полюсов веерного диполя, создается в виде расширяющейся сферы, вращающейся вокруг оси М=0. Поэтому топология пространства первого модуля описывается тором, вложенным в сферическое пространство нулевого модуля. Тор образуется двумя аксиальными векторами М=0 и М=1, где М=0 представляет собой большой радиус тора, а М=1 - малый радиус тора.

3). Стадия инфляции хронооболочки первого модуля породила множество новых подсистем - более мелких внутренних хронооболочек. Все они располагаются по матрешечному типу внутри хронооболочки первого модуля. Все они также имеют тороидальную топологию. В пространстве дисковой части Галактики появляется структурированность.

4). Вещество, образуемое другим полюсом веерного диполя, концентрируется в центре сферы, который описывает малый радиус тора М=1. Поскольку этот центр в свою очередь описывает круг по радиусу большого тора, то все вещество формируется вдоль этой окружности в плоскости, перпендикулярной оси М=0.

5). Материя, образуемая в новых подсистемах, также создается в центрах сфер малого радиуса тора. Поэтому все вещество формируется вдоль окружностей, находящихся в плоскости, перпендикулярной оси М=0. Так образуется дисковая часть Галактики.

5. В центральной области Галактики находятся два тела причины. Одно из них является телом причины гало (балдж), другое - телом причины диска (околоядерный газовый диск). Тело причины диска в свою очередь является телом следствия по отношению к гало. Поэтому одно тело вращается вокруг другого.

6. Балдж как и гало находится на завершающем этапе эволюции, поэтому становится аттрактором, к которому тяготеет все вещество, разбросанное ранее по всему объему гало. Скапливаясь в его центре, оно формирует мощные гравитационные поля, которые постепенно сжимают материю в черную дыру.

7. Околоядерный газовый диск является телом причины дисковой части Галактики и находится на ранней стадии эволюции. По отношению к своей системе - диску он представляет собой белую дыру, откуда энергия поступает на развитие пространства и материи дисковой части Галактики.

8. Спиральные рукава - это энергетическая структура пространства, показывающая, в какой его области выделение энергии происходит интенсивнее всего. Образуется эта структура благодаря циркуляции энергии внутри тора. В большей части торов энергия циркулирует не по окружности, а по эллипсу, в одном из фокусов которого находится тело причины (черная дыра), в другом - тело следствия (белая дыра). Соответственно топология пространства меняется, тор примет более сложную форму, и вместо окружности, которую описывает большой радиус тора, у нас находится эллипс.

9. Поскольку дисковая подсистема Галактики погружена в сферическую подсистему, то между ними посредством времени происходит дополнительное взаимодействие. Влияние одной подсистемы на другую и приводит к тому, что на циркуляцию энергии в дисковой подсистеме накладывается момент вращения, присутствующий в сферической части, в результате чего торы разворачиваются на небольшой угол относительно друг друга. При развороте эллипсов на некоторый угол наибольшую плотность энергия будет иметь в точках соприкосновения эллипсов. В этих местах интенсивнее всего будет происходить процесс звездообразования. Поэтому главным свойством волнового спирального узора является его однородное вращение, как единой системы пространств, образуемых торами.

Литература

1. Боер К., Саваж Б. Галактики и их короны. Ж-л Scentific American. Перевод с англ. - Алекс Моисеев, Сайт "Дальневосточная Астрономия".

2. Вернадский В. И. Биосфера и ноосфера. М.: Айрис-Пресс, 2004.

3. Капица С. П., Курдюмов С. П., Малинецкий Г. Г. Синергетика и прогнозы будущего. М.: УРСС, 2003

4. Мандельброт Б. Фракталы, случай и финансы. М., 2004.

5. Новиков И.Д. Эволюция Вселенной. М.: Наука, 1983. 190 с

6. Пригожин И., Стенгерс И. Время, хаос, квант. М.: Прогресс, 1999. 6-е изд. М.: КомКнига, 2005.

7. Пригожин К., Стенгерс И. Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой. М.: УРСС, 2001. 5-е изд. М.: КомКнига, 2005.

8. Саган К. Космос. СПб.: Амфора, 2004.

9. Хван М.П. Неистовая Вселенная: От Большого взрыва до ускоренного расширения, от кварков до суперструн. - М.: ЛЕНАНД, 2006.

10. Хокинг С. Краткая история времени. СПб.: Амфора, 2000.

11. Хокинг С. Черные дыры и молодые вселенные. СПб.: Амфора, 2001.

ПРИРОДА КОЛЕБАНИЙ.

Спиральная структура - столь распространенная и бросающаяся в глаза особенность многих галактик, что проблема ее природы уступает по своей важности разве только проблеме активности галактических ядер. Именно ядрам некоторые исследователи и приписывают порождение спиральных рукавов. Первым высказал это предположение (еще в 1928 году) Дж. Джине. Он писал: «Каждая неудачная попытка объяснить происхождение спиральных ветвей делает все более трудным сопротивление предположению, что спиральные рукава являются полем действия сил, полностью неизвестных нам, отражающих, возможно, новые метрические свойства пространства, о которых мы и не подозреваем». Джине допускал, что в ядрах галактик «в нашу Вселенную вливается вещество из каких-то других, совершенно чуждых нам пространственных измерений». Истечение вещества из ядра в сочетании с вращением и могло бы породить рукава. Однако сейчас нет необходимости привлекать потусторонние силы для объяснения спиральной структуры. Круговые орбиты звезд галактического диска, отсутствие движения вещества вдоль рукавов - уже только эти факты делают подобные объяснения несостоятельными. К тому же рукава, как правило, начинаются не в непосредственной близости от ядра, а в нескольких килопарсеках от него. Джине тем не менее был, очевидно, прав в одном: «Пока спиральные ветви остаются необъясненными, невозможно чувствовать доверие к любым предположениям и гипотезам, касающимся других особенностей туманностей, которые кажутся более легко поддающимися объяснению».

ДВА МНЕНИЯ О СПИРАЛЬНОЙ СТРУКТУРЕ.

На первый взгляд, спиральный узор галактик вызван их дифференциальным вращением. Лишь центральные области галактик вращаются как твердое тело, а дальше угловая скорость вращения убывает с расстоянием от центра. Поэтому любая достаточно большая и разреженная группировка звезд, в которой взаимное притяжение между звездами слабое, должна со временем превратиться в обрывок спирального рукава. Но, прежде чем галактика сделает один оборот, в этом фрагменте рукава погаснут звезды большой светимости, и он исчезнет из вида. Вместе с тем уже возникшую каким-то образом спиральную структуру дифференциальное галактическое вращение должно «размыть» за пару оборотов. Однако в 1976 году американские астрономы М. Мюллер и В. Арнет показали, что, если процесс звездообразования распространяется на соседние области, то дифференциальное вращение галактики может породить довольно длинные, хотя и не очень правильные, спиральные рукава, неоднократно появляющиеся и исчезающие за время жизни галактики. Массивные звезды образуются в газовом облаке гораздо быстрее, когда это облако испытывает повышенное давление,- приходит волна сжатия после взрыва расположенной неподалеку сверхновой или возгорания мощно излучающих 0-звезд. Массивные звезды, рождающиеся в облаке, быстро превращаются в сверхновые или 0-звезды, и, если рядом есть другие газовые облаке, эстафета звездообразования передается дальше. О возможности такого, эпидемического характера звездообразования В. Бааде говорил еще четверть века назад.

У. Герола и Ф. Сейден (США) усовершенствовали модель образования спиральной структуры, предложенную Мюллером и Арнетом, еще более приблизив ее к реальности. Эта модель привлекательна тем, что она объясняет природу спиральной структуры процессами и явлениями (дифференциальное вращение и эпидемическое звездообразование), без сомнения существующими в действительности. Тем не менее все большую популярность приобретает волновая теория спиральной структуры, которую возродили в 1964 году Ц. Лин и Ф. Шу (США), развившие идеи Б. Линдблада. Согласно волновой теории, спиральные рукава - это волны повышенной плотности вещества, вращающиеся вокруг центра галактики как твердое тело, подобно узору на волчке. Волны плотности движутся, не перенося с собой вещества, как, например, звуковые волны или волны на поверхности воды. Скорости, с которыми вращаются вокруг центра галактики спиральные рукава (волны плотности) и вещество (звезды и газ), вообще говоря, не совпадают. Достаточно близко к центру газ вращается быстрее волны плотности и натекает на спиральный рукав с внутренней стороны. Если различие их скоростей достаточно велико, возникает ударная волна, в которой плотность газа повышается раз в десять, и это сжатие газа приводит к интенсивному образованию массивных звезд. Помимо газа у внутреннего края спирального рукава концентрируется и пыль, видимая на фотографиях как темная полоса. Радиоастрономические данные подтверждают, что именно в этих темных полосах особенно велика плотность водорода.

Различие скоростей вращения спирального узора и галактического вещества уменьшается по мере удаления от центра галактики, пока эти скорости не становятся равными на радиусе коротации. Еще дальше от центра галактики спиральные рукава вращаются быстрее, чем звезды и газ, столкновение с которыми теперь должно происходить у внешнего края рукава (подразумевается, что в галактиках спиральные рукава всегда закручиваются). Однако близ радиуса коротации спиральные рукава едва заметны, и, что делается за этим радиусом, сказать трудно.

Ближе к центру галактики самые молодые звезды должны быть сосредоточены у внутреннего края рукава - там, где они и рождаются. Звезды вращаются быстрее рукава и, обгоняя его, успевают постареть и стать менее яркими или недоступными нашим телескопам, превратившись в черную дыру или белый карлик. Таким образом, в поперечном сечении спирального рукава должен существовать перепад (градиент) возрастов звезд. У внутреннего края рукава располагаются зоны наивысшей плотности газа и пыли, затем - области звездообразования и молодые звезды, у внешнего края рукава - самые старые звезды из тех, что концентрируются к рукавам.

Некое подобие волны плотности можно наблюдать в движении муравьев, если на их тропе выкопать канавку. Очень скоро плотность муравьев вблизи канавки становится много больше, чем в среднем на тропе. Муравьи довольно быстро выбираются из канавки, но в ней застревают все новые муравьи, и зона повышенной плотности у канавки сохраняется. Если теперь вообразить, что канавка перемещается вдоль тропы, аналогия с волной плотности в спиральных галактиках станет полнее. Спиральная волна плотности способна возникнуть в галактике под действием приливного возмущения от близкого спутника или в результате отклонения от осевой симметрии в распределении звезд вокруг центра галактики. Эти отклонения могут быть столь незначительны, что остаются незамеченными. Волновая теория имеет ряд убедительных подтверждений: бесспорные признаки резкого повышения плотности газа и пыли перед внутренним краем звездных спиральных рукавов, наблюдающиеся во многих галактиках, и связанные с гравитационным полем рукавов крупномасштабные отклонения от кругового вращения. Эти отклонения выявлены по лучевым скоростям звезд высокой светимости в нашей Галактике и нейтрального водорода в галактике М 81 в созвездии Большой Медведицы. По-видимому, только волновая теория может объяснить существование (хотя и редких) галактик с длинными гладкими рукавами без признаков звездообразования в них. В таких галактиках практически нет газа.

Очевидно, что эпидемическое звездообразование может происходить и при наличии спиральной волны плотности. Первое поколение массивных звезд, родившихся в этой волне, вполне способно воздействовать на окружающие газовые облака, распространяя эпидемию звездообразования дальше. Задача состоит в том, чтобы понять, в каких галактиках или их областях спиральная структура обязана своим происхождением волне плотности, а в каких - дифференциальному вращению и эпидемическому звездообразованию, и почему в той или иной галактике доминирует один из этих механизмов, Казалось бы, легче всего выяснить природу спиральных рукавов, проведя поиск градиента возрастов молодых звезд в поперечном сечении рукава. Но в далеких галактиках такой поиск не приносит определенных результатов - скорее всего из-за трудностей в интерпретации данных интегральной фотометрии и малого разрешения, а в нашей Галактике ему очень мешают наблюдательная селекция и неточность в знании расстояний. К тому же в диске Галактики из-за межзвездного поглощения оптическим телескопам доступны расстояния, обычно не превышающие 4- 5 кпк, то есть область, охватывающая не более 10% площади ее диска. Некоторые исследователи даже считают, что молодые звезды и звездные скопления в окрестностях Солнца распределены преимущественно вдоль радиусов, направленных от Солнца. Но такое распределение отражает влияние наблюдательной селекции и в особенности наличие больших пылевых облаков, резко ослабляющих блеск расположенных за ними объектов. В нашей Галактике мы подобны путникам в густом лесу- из-за деревьев не видим леса, тогда как по отношению к далеким галактикам - пролетаем над лесом слишком высоко, чтобы различить породы деревьев или рельеф местности. Надо изучать ближайшие галактики, где нам доступны отдельные звезды, где мы можем исследовать характеристики этих звезд и однозначно установить их связь с элементами галактической структуры. Эффективность исследований ближайших галактик подтверждается всей историей астрономии XX века.

КЛЮЧ К ПРОБЛЕМЕ- В БЛИЖАЙШИХ ГАЛАКТИКАХ.

В наше время, когда внимание физиков и астрономов устремлено к границам Вселенной, стали забывать, что астрономическая картина мира родилась именно при изучении ближайших галактик, в первую "очередь - туманности Андромеды (М31) и галактики в созвездии Треугольника (М 33). В конце 1923 года молодой астроном обсерватории Маунт Вилсон - бывший боксер и адвокат Э. Хаббл, проводя поиск новых звезд, открыл в туманности Андромеды первую цефеиду, а через год, применив уже к 12 цефеидам зависимость период - светимость, оценил расстояние до этой «туманности». Выяснилось: по размерам, составу и строению она такая же галактика, как и наша. Опираясь на цефеиды в ближайших галактиках, Хаббл смог затем определить расстояния до далеких галактик и в 1929 году показал, что красное смещение в спектрах галактик пропорционально их расстоянию от нас. Итак, Вселенная населена галактиками и расширяется. Доказательство этого остается и по сей день крупнейшим достижением астрономии XX века, незыблемым фундаментом естествознания.

Становление фундаментальной концепции звездных населений также связано с исследованием ближайших галактик. В 1943 году В. Бааде обнаружил, что центральная часть М 31 состоит из таких же звезд, как старые шаровые скопления. Стало окончательно ясно, что в дисках и спиральных рукавах галактик «обитает» молодое население I, в коронах и центральных областях спиральных галактик, в шаровых скоплениях и эллиптических галактиках-старое население II. Через несколько лет Бааде выяснил, что спиральные рукава М 31 обрисовываются не только звездами высокой светимости, но и пылью, а также областями ионизированного водорода Н II. Изучая области Н II в нашей Галактике, В.Морган и его сотрудники получили в 1952 году первые надежные данные о локализации отрезков спиральных рукавов в окрестностях Солнца.

Исследование спиральных рукавов в ближайших галактиках подтвердило также, что гигантские молекулярные облака (состоящие в основном из молекул водорода) концентрируются в рукавах. Эти облака были обнаружены в нашей Галактике в 1975-1976 годах. И вплоть до 1981 года одни исследователи полагали, что молекулярные облака «равнодушны» к спиральной структуре, другие же считали, что они концентрируются в спиральных рукавах. И только детальное изучение спиральной структуры М 31 позволило доказать, что молекулярные облака столь же хорошо обрисовывают рукава, как и атомарный водород. Облака образуются в спиральных рукавах, а затем разрушаются под воздействием излучения родившихся в них 0-звезд. А так как масса газа, не израсходованного на формирование звезд, обычно существенно больше суммарной массы звезд, остающаяся после раз-лета газа звездная группировка оказывается гравитационно неустойчивой, чем и объясняется распад 0-ассоциаций - разреженных группировок молодых звезд.

Поиски градиента возрастов звезд в спиральных рукавах также имеют наибольшие шансы на успех именно в ближайших галактиках. Одними из первых попытались это сделать французские астрономы. В М 33 они нашли признаки градиента возрастов лишь в части южного спирального рукава, ближайшей к центру галактики. Эти признаки (преимущественная концентрация пыли и областей Н II у внутреннего края рукава) выражены довольно слабо, а нейтральный водород (Н I) оказался плотнее всего не у края, а близ середины рукава. Спиральные рукава М 33 состоят из довольно коротких обрывков, много звезд высокой светимости находится за пределами рукавов, поэтому главная роль в образовании спиральной структуры этой галактики должна принадлежать не волнам плотности, а дифференциальному вращению и эпидемическому звездообразованию.

Четкий спиральный узор заметен у галактики М31, но его детальное исследование долгое время представлялось мало перспективным. Из-за небольшого угла между плоскостью галактики и лучом зрения расшифровка ее спиральной структуры весьма трудна, и до сих пор продолжаются споры не только о числе рукавов, но. и об их ориентации относительно направления вращения галактики. По мнению автора, даже на фотографиях видно, что рукава отходят от ядра М 31 по часовой стрелке и, поскольку галактика вращается в противоположном направлении, спирали закручиваются. Это предположение подтверждается формой пылевых волокон близ ядра М 31 и распределением нейтрального водорода вдали от центра галактики. Во всяком случае, локализация многих отрезков рукавов в М 31 однозначна, и, следовательно, особенности их структуры можно сопоставить с предсказаниями волновой теории.

АНАТОМИЯ СПИРАЛЬНОГО РУКАВА.

В юго-западном «углу» галактики М 31 хорошо заметен отрезок спирального рукава, обозначенный Бааде как S 4. Он пересекает большую ось галактики на расстоянии 50" от ее центра. В этом рукаве действительно наблюдается последовательность возрастов, предсказываемая волновой теорией. Перед его внутренним краем видна.мощная пылевая полоса, с нею совпадает максимум плотности нейтрального водорода. В центральной и юго-восточной частях S4 наиболее яркие области Н II встречаются почти исключительно у внутреннего края рукава. Здесь, следовательно, сосредоточены самые молодые и горячие 0-звезды. Максимумы плотности атомарного и молекулярного водорода совпадают друг с другом, указывая места максимального сжатия газа. Молекулы водорода образуются в наиболее плотных и холодных облаках, и именно в молекулярных облаках выполняются условия, необходимые для звездообразования. Этот процесс начинается перед краем рукава, там, где плотность нейтрального и молекулярного водорода максимальная, а в зонах Н II на самом краю наиболее массивные звезды уже сформировались. Здесь сияют 0-звезды, возраст которых не превышает 10^6 лет.

Дальше от края рукава зон Н II почти нет, так как при своем движении от края рукава 0-звезды успевают проэволюционировать и превратиться в нейтронные звезды или черные дыры. Градиент возрастов звезд в поперечном сечении спирального рукава S 4 удобнее исследовать на участке, где рукав разворачивается, то есть близ большой оси. Здесь луч зрения направлен почти точно вдоль рукава и расстояния звезд от его внутреннего края определяются увереннее. В этой области рукава S 4 автор статьи вместе с сотрудником кафедры астрономии Софийского университета Г. Р. Ивановым измерили видимые величины звезд на пластинке, полученной с 2-метровым рефлектором Национальной астрономической обсерватории НРБ. Зная расстояние до М 31 и учтя межзвездное поглощение света, можно от видимых звездных величин перейти" к абсолютным, а значит, найти светимости звезд. Спиральный рукав S 4 неоднократно фотографировал на 5-метровом рефлекторе Бааде, изучавший в 1950-1952 годах переменные звезды в М31. К счастью, среди переменных оказалось много цефеид. Для них существует зависимость период-возраст (по наблюдательным данным ее получил автор статьи в 1964 году), объясняющаяся тем, что более массивные звезды быстрее переходят в стадию цефеид и имеют больший период пульсаций. Изучив в какой-то области галактики распределение цефеид разных возрастов, можно восстановить здесь историю звездообразования на временном интервале от 10 (период пульсаций 50 дней) до 90 (период пульсаций 2 дня) миллионов лет назад.

В рукаве S 4 светимости постоянных звезд и периоды цефеид, максимальные для данного расстояния от края рукава, убывают с удалением от него. Это и есть градиент возрастов, ибо максимальные светимости звезд и периоды цефеид зависят от возраста. Какова же скорость вращения спирального узора (волны плотности) в М31? У внешнего края рукава S 4, на расстоянии примерно 2,5 кпк от его внутреннего края, возраст самых молодых звезд около (2-2,5)*10^7 лет. За это время звезды, родившиеся, согласно исходному предположению волновой теории, у внутреннего края рукава, успели его пересечь, поскольку их скорость превышает скорость твердотельного вращения спирального узора. Зная ширину рукава (2,5 кпк) и время, затраченное звездами на его пересечение, можно оценить различие скоростей вращения спирального узора и звезд.

Поскольку скорости звезд известны из наблюдений, можно теперь найти и угловую скорость вращения спирального узора в М31. Она составляет 10 км/с на 1 кпк. Эта величина может быть ошибочна на 50%, и все же она, пожалуй, самая надежная из существующих ныне оценок скорости вращения спирального узора в других галактиках. При этом ее значении радиус коротации в М31, на котором нет движения звезд относительно спирального рукава и не должно быть градиента возрастов, равен около 20 кпк. Примерно на таком расстоянии от центра галактики находится спиральный рукав S 6. В нем ярчайшие звезды занимают полосу шириной 100-200 пк, но находится она не у внутреннего края рукава, как в S 4, а посередине его, распределение звезд в поперечном сечении рукава S 6 симметрично. Градиента возрастов звезд в рукаве S 6 действительно нет. Вероятно, этот рукав существует лишь потому, что области звездообразования растягиваются дифференциальным вращением.

СПИРАЛЬНЫЕ РУКАВА В М31 И В ГАЛАКТИКЕ.

Итак, ситуация в центральной и юго-восточной части рукава S 4 в галактике М31 полностью объясняется волновой теорией и современными представлениями о происхождении массивных звезд. В северной части рукава S 4 положение более сложное. Здесь находится гигантский комплекс звезд высокой светимости NGC 206, который уступает по яркости лишь центральной части М 31 и ее эллиптическим спутникам М 32 и NGC 205. Почему именно в этой области образовались самые массивные звезды? Плотность газа перед внутренним краем рукава близ NGC 206 гораздо меньше, -зоны Н II разбросаны беспорядочно, а не сконцентрированы около внутреннего края. Севернее NGC 206 рукав S 4 на значительном протяжении теряется вообще; точнее, локализации газа, звезд высокой светимости и пылевых прожилок становятся мало связанными Друг с другом. Именно эту область подразумевал Бааде, говоря, что спиральный рукав иногда ведет себя подобно хамелеону, превращаясь из пылевого в звездный и наоборот.

Особенности гигантского звездного комплекса NGC 206, расщепление близ него рукава S 4 и появление тянущихся к соседним рукавам перемычек не нашли еще полного объяснения. Возможно, все это связано с воздействием на спиральную структуру М 31 ее близкого спутника - эллиптической галактики М 32. Можно также предположить, что дело просто в большой массе этого комплекса, позволяющей ему почти не зависеть от условий в спиральном рукаве и даже, наоборот, влиять на них. Однако вполне понятно, почему к югу от NGC 206 спиральный рукав S 4 показывает столь ярко выраженный градиент возрастов. Скорость встречи рукава и набегающего на него газа тем больше, чем больше угол закручивания рукава " и чем дальше рукав от радиуса коротации. В центральной части S 4 угол закручивания едва ли не максимальный в М 31 (около 25°, тогда как в среднем в М 31 около 10°), поэтому скорость набегания газа на него очень велика. На границе рукава возникает ударная волна, и плотность газа повышается в 10-30 раз, что весьма благоприятно для звездообразования, в первую очередь-образования массивных звезд, которых у внутреннего края S 4 особенно много. Резко выраженная волна плотности управляет звездообразованием в рукаве S 4, и вне этого рукава массивных звезд, в том числе цефеид, почти нет.

Рукав S4 находится в среднем на таком же расстоянии от центра М31, как Солнце от центра Галактики (около 9 кпк), но между распределением цефеид в этих двух областях огромная разница. В окрестностях Солнца, в круге радиусом в 3-4 кпк, нет таких обширных, свободных от цефеид пространств, какие наблюдаются по обе стороны рукава S 4, Наиболее вероятным объяснением представляется близость Солнца к радиусу коротации Галактики, в силу чего звездообразование в наших окрестностях мало зависит от слабой здесь волны плотности. Лишь наиболее молодые звезды и скопления обрисовывают вокруг Солнца отрезки спиральных рукавов. Цефеиды же, по-видимому, концентрируются только в отрезке рукава Киль - Стрелец, находящемся ближе к центру Галактики (и дальше от радиуса коротации). Тогда значение радиуса коротации в Галактике-10-12 кпк. Эта величина радиуса коротации согласуется с моделью спиральных волн плотности, возбуждаемых небольшим отклонением от осевой симметрии в распределении массы близ центра Галактики. При радиусе коротации 10-12 кпк угловая скорость вращений спирального узора составляет 20-24 км/с на 1 кпк. Эта модель подтверждается исследованием кинематики цефеид, проведенными Ю. Н. Мишуровым, Е. Д. Павловской и А. А. Сучковым. И, как считает Л. С. Марочник, видимо, не случайно жизнь возникла именно на Земле, возле Солнца, которое находится близ радиуса коротации. Здесь промежуток времени между последовательными попаданиями звезды в волну плотности очень велик (на самом радиусе - бесконечно велик), а встреча с волной плотности, наверняка, оказалась бы губительной для всего живого - хотя бы из-за частых взрывов сверхновых в областях звездообразования. А чтобы на планете появились астрономы, необходимы миллиарды лет спокойного развития жизни на ней...

Астрономы утверждают, что невооружённым взглядом человек может рассмотреть около 4,5 тысячи звёзд. И это, притом, что нашему взору открывается лишь незначительная часть одной из самых удивительных и неопознанных картин мира: только в Галактике Млечный путь насчитывается более двухсот миллиардов небесных светил (учёные имеют возможность наблюдать лишь за двумя миллиардами).

Млечный Путь является галактикой спирального типа с перемычкой, представляющую собой огромную гравитационно связанную в космосе звёздную систему. Вместе с соседними галактиками Андромеды и Треугольника и более сорока карликовыми галактиками-спутниками она входит в состав Сверхскопления Девы.

Возраст Млечного пути превышает 13 млрд. лет, и за это время в нём образовалось от 200 до 400 млрд. звёзд и созвездий, более тысячи огромных газовых облаков, скоплений и туманностей. Если посмотреть на карту Вселенной, то можно увидеть, что Млечный путь представлен на ней в виде диска диаметром в 30 тыс. парсеков (1 парсек равен 3,086*10 в 13 степени километров) и средней толщиной около тысячи световых лет (в одном световом году почти 10 триллионов километров).

Сколько именно весит Галактика, астрономы ответить затрудняются, поскольку большая часть веса содержится не в созвездиях, как раньше считалось, а в тёмной материи, которая не испускает и не взаимодействует с электромагнитными излучениями. По очень грубым подсчётам, вес Галактики колеблется от 5*10 11 до 3*10 12 масс Солнца.

Как и все небесные тела, Млечный Путь оборачивается вокруг своей оси и перемещается во Вселенной. Следует учитывать, что при передвижении, галактики постоянно сталкиваются друг с другом в космосе и та, которая имеет более крупные размеры, поглощает меньшие, а вот если их размеры совпадают, после столкновения начинается активное звездообразование.

Так, астрономы выдвигают предположение, что через 4 млрд. лет Млечный Путь во Вселенной столкнётся с Галактикой Андромеды (они приближаются друг к другу со скоростью 112 км/с), вызвав появление новых созвездий во Вселенной.

Что касается движения вокруг своей оси, то Млечный Путь движется в космосе неравномерно и даже хаотично, поскольку каждая находящаяся в нём звёздная система, облако или туманность имеет свою скорость и орбиты разного вида и форм.

Структура Галактики

Если внимательно посмотреть на карту космоса, можно увидеть, что Млечный Путь очень сжат в плоскости и по виду напоминает «летающую тарелку» (Солнечная система расположена почти у самого края звёздной системы). Состоит Галактика Млечный Путь из ядра, перемычки, диска, спиральных рукавов и короны.

Ядро

Ядро находится в созвездии Стрельца, где расположен источник нетеплового излучения, температура которого составляет около десяти миллионов градусов – явление, характерное только для ядер Галактик. В центре ядра находится уплотнение – балдж, состоящий из большого числа движущихся по вытянутой орбите старых звёзд, многие из которых пребывают в конце своего жизненного цикла.

Так, некоторое время назад американские астрономы обнаружили здесь район размерами 12 на 12 парсек, состоящий из мёртвых и умирающих созвездий.

В самом центре ядра находится сверхмассивная чёрная дыра (участок в космическом пространстве, имеющий такую мощную гравитацию, что покинуть его неспособен даже свет), вокруг которой вращается чёрная дыра меньших размеров. Вместе они оказывают такое сильное гравитационное влияние на находящиеся недалеко от них звёзды и созвездия, что те движутся по необычным для небесных тел траекториям во Вселенной.

Также для центра Млечного Пути характерна чрезвычайно сильная концентрация звёзд, расстояние между которыми в несколько сотен раз меньше, чем на периферии. Скорость движения большинства из них абсолютно не зависит от того, как далеко они находятся от ядра, а потому средняя скорость вращения колеблется от 210 до 250 км/с.

Перемычка

Перемычка размером в 27 тыс. световых лет пересекает центральную часть Галактики под углом в 44 градуса к условной линии между Солнцем и ядром Млечного Пути. Состоит она в основном из старых красных звёзд (около 22 млн.), и окружена газовым кольцом, в котором содержится большая часть молекулярного водорода, а потому является районом, где образуются звёзды в наибольшем количестве. Согласно одной из теорий, в перемычке происходит такое активное звездообразование из-за того, что она пропускает через себя газ, из которого рождаются созвездия.

Диск

Млечный путь являет собой диск, состоящий из созвездий, газовых туманностей и пыли (размеры его диаметра составляют около 100 тыс. световых лет при толщине в несколько тысяч). Вращается диск значительно быстрее короны, что расположена по краям Галактики, при этом скорость вращения на разных расстояниях от ядра неодинакова и хаотична (колеблется от нуля в ядре до 250 км/ч на расстоянии в 2 тыс. световых лет от него). Возле плоскости диска сконцентрированы газовые облака, а также молодые звёзды и созвездия.

С внешней стороны Млечного пути находятся слоя атомарного водорода, который уходит в космос на полторы тысячи световых лет от крайних спиралей. Несмотря на то, что этот водород в десять раз толще, чем в центре Галактики, плотность его во столько же раз ниже. На окраине Млечного пути были обнаружены плотные скопления газа с температурой в 10 тыс. градусов, размеры которых превышают несколько тысяч световых лет.

Спиральные рукава

Сразу за газовым кольцом расположено пять главных спиральных рукавов Галактики, размер которых составляет от 3 до 4,5 тыс. парсек: Лебедя, Персея, Ориона, Стрельца и Центавра (Солнце находится с внутренней стороны рукава Ориона). Молекулярный газ находится в рукавах неравномерно и далеко не всегда подчиняется правилам вращения Галактики, внося погрешности.

Корона

Корона Млечного Пути представлена в виде сферического гало, которое выходит за пределы Галактики в космос на пять-десять световых лет. Состоит корона из шаровых скоплений, созвездий, отдельных звёзд (в основном – старых и маломассивных), карликовых галактик, горячего газа. Все они движутся вокруг ядра по вытянутым орбитам, при этом вращение некоторых звёзд до того беспорядочно, что даже скорость рядом расположенных светил может значительно отличаться, поэтому вращается корона чрезвычайно медленно.

По одной из гипотез, возникла корона в результате поглощения Млечным путём более мелких галактик, а потому является их остатками. По предварительным данным, возраст гало превышает двенадцать миллиардов лет и оно является ровесницей Млечного Пути, а потому звездообразование здесь уже завершилось.

Звёздное пространство

Если посмотреть на ночное звездное небо, Млечный Путь можно увидеть абсолютно с любой точки земного шара в виде полосы светловатого цвета (поскольку наша звёздная система находится внутри рукава Ориона, для обзора доступна лишь часть Галактики).

Карта Млечного Пути показывает, что наше Светило находится почти на диске Галактики, у самого её края, и его расстояние до ядра составляет от 26-28 тыс. световых лет. Учитывая, что Солнце двигается на скорости около 240 км/ч, чтобы сделать один оборот, ему нужно затратить около 200 млн. лет (за весь период своего существования наша звезда не облетела Галактику и тридцати раз).

Интересно, что наша планета расположена в коротационном кругу – месте, где скорость вращения звёзд совпадает со скоростью вращения рукавов, поэтому звёзды никогда эти рукава не покидают, или не входят в них. Для этого круга характерен высокий уровень радиации, поэтому считается, что жизнь может возникнуть лишь на планетах, возле которых находится очень мало звёзд.

Именно этот факт и относится к нашей Земле. Находясь на периферии, она размещается в довольно спокойном месте Галактики, а потому на протяжении нескольких миллиардов лет почти не подвергалась глобальным катаклизмам, на которые так богата Вселенная. Возможно, это и является одной из основных причин того, что на нашей планете смогла зародиться и сохраниться жизнь.

Ответственной за образование спиральных рукавов нашей галактики может быть карликовая эллиптическая галактика в созвездии Стрельца . К такому выводу пришли ученые из Университета Питтсбурга . Их работа опубликована в последнем номере журнала Nature .

Руководил группой Кристофер Персел . Их численное моделирование стало первым, предложившим такой сценарий образования спиральных рукавов. «Оно дает нам новый и довольно-таки неожиданный взгляд на причину того, что наша галактика выглядит так, как выглядит», - говорит Персел.

«Говоря космологически, наши расчеты показывают, что относительно небольшие столкновения вроде этого могут привести к серьезным последствиям в формировании галактик во всей Вселенной, - добавляет он. - Такая идея ранее высказывалась теоретически, но пока что не была реализована».

Большую часть группы ученых составляют сотрудники Университета Калифорнии в Ирвине, в котором расположен Астрокомьютерный центр. К сожалению, в области космологии численное моделирование при помощи суперкомпьютеров - единственный метод исследования. Изучаемые явления и объекты настолько велики и сложны, что нет смысла говорить не то что об аналитических, но даже о численных на обычных машинах методах. При помощи суперкомпьютеров астрономы имеют возможность воссоздать хотя бы в малом масштабе космологические явления, происходящие на протяжении миллиардов лет и изучить эти явления в ускоренном режиме их воспроизведения. На основе такого моделирования делаются предположения, которые затем проверяются при помощи настоящих наблюдений.

Кроме заключения о столкновении, численное моделирование Персела выявило интересную особенность звезд карликовой галактики. Все они оказались окружены темной материей , масса которой примерно равна массе всех звезд нашей галактики.

Давно известно, что реальная материя составляет менее 5% Вселенной, тогда как темная материя составляет примерно четверть. Ее существование обнаруживается только по гравитационному взаимодействию. Теперь можно утверждать, что все галактики, включая Млечный путь и карликовую галактику (до столкновения) окружены темной материей, и область пространства с ней в несколько раз больше галактики по размеру и массе.

«Когда вся эта темная материя ударилась в Млечный путь, от 80 до 90 процентов ее отразилось», - говорит Персел. Это первое столкновение, имевшее место около двух миллиардов лет назад, привело к неустойчивостям в структуре нашей галактики, которые затем были увеличены, что и привело, в конце концов, к спиральным рукавам и кольцеобразным формированиям.

Персел в своей диссертации сконцентрировался еще на одном вопросе: к чему привели повторные столкновения карликовой галактикой?

В течение последних нескольких десятков лет было принято считать, что Млечный путь не подвергался возмущениям на протяжении последних нескольких миллиардов лет. Спиральные рукава в этом свете представали как логичный результат изолированной эволюции галактики.

С того момента, когда в созвездии Стрельца была открыта карликовая эллиптическая галактика - спутник Млечного пути, астрономы начали исследование ее обломков. В 2003 году суперкомпьютерные расчеты траектории движения галактики показали, что она ранее сталкивалась с Млечным путем. Первый раз это случилось 1.9 миллиарда лет назад, второй раз - 0.9 миллиарда лет назад.

«Но что при этом произошло с Млечным путем, в моделировании не воспроизводилось, - говорит Персел. - Наш расчет был первым, в котором была предпринята такая попытка».

Ученые обнаружили, что столкновение приводит к неустойчивости - флуктуации в звездной плотности - в диске вращающегося Млечного пути. Внутренние области нашей галактики вращаются быстрее, чем внешние, эта неустойчивость была усилена, в результате чего образовались спиральные рукава.

Кроме того, при моделировании выяснилось, что благодаря столкновению на краях нашей галактики образовались кольцевые структуры.

Второе столкновение имело меньшие последствия. Из-за него также возникли волны, приводящие к образованию спиральных рукавов, но они были намного менее интенсивны, так как при первом столкновении карликовая галактика потеряла большую часть темной материи. Без темной материи, выступавшей в качестве контейнера для галактики, ее звезды начали рассыпаться в стороны под воздействием гравитационного поля Млечного пути.

«Галактики вроде Млечного пути находятся пол постоянной бомбардировкой карликовых галактик. Но до нашего исследования не предполагалось, насколько важными могут быть последствия таких столкновений, - говорит Персел. - Мы планируем найти и другие результаты столкновения, например, свечение во внешних областях диска нашей галактики. Мы ожидали увидеть изменения в Млечном пути в результате столкновения, но не ожидали, что оно привело к образованию спиральных рукавов. Этого мы не предвидели».

Это было настолько неожиданно, что ученые на несколько месяцев задержали публикацию своего открытия чтобы лишний раз все проверить. «Нам надо было убедить самих себя, что мы в здравом уме», - добавляет Персел.

В настоящее время потоки звезд, некогда принадлежавших карликовой галактике, кружатся около Млечного пути. Однако, она развалилась не полностью, и через несколько миллионов лет начнется новое столкновение. «Мы можем понять это, наблюдая за центром Млечного пути. На обратной от нас стороне звезды падают на диск галактики снизу. Мы можем измерить скорость этих звезд и можем сказать, что скоро карликовая галактика снова удариться в диск, всего через 10 миллионов лет».