книги из ГПНТБ / Псковский, Ю. П. Новые и сверхновые звезды

Вселенной находилось в горячем состоянии, имело огром­ ную плотность и было равномерно сосредоточено в неболь­ шом пространстве.

По каким-то причинам в этом состоянии произошел взрыв и начался разлет вещества, расширение Вселенной. С этого момента и начинается отсчет ее возраста. Расши­ рение сопровождалось понижением плотности вещества и температуры. В течение первой секунды расширения Все­ ленной температура снизилась с десяти триллионов до десяти миллиардов градусов. Первая секунда была целой эпохой существования Вселенной, в течение которой шли взаимодействия частиц и античастиц, рождавшихся и по­ гибавших с образованием нейтрино и световых квантов. 'Эту секунду пережили немногие виды элементарных ча­ стиц. Следующей была стосекуидиая эпоха ядерных реак­ ций. В эту эпоху образовались ядра водорода (70% массы вещества Вселенной) и гелий (30%); их смесь представ­ ляла собой еще горячую плазму, которая стала медленно остывать.

Скоротечные эпохи развития Вселенной на этом закон­ чились, новые эпохи стали длиться миллионы лет. За пер­ вый миллион лет температура вещества снизилась до 3500°, образовались нейтральные атомы гелия и водорода. Это разреженное газовое облако распалось на отдельные облака различной массы. Одни из них имели центральные сгущения, вокруг которых вращался остальной газ. Из них и получились спиральные галактики. Другие ие имели вращения и положили начало эллиптическим галактикам. Третьи имели вращение, но без значительного централь­ ного сгущения. Так образовались неправильные галак­ тики типа Im. Особенности других типов неправильных галактик возникли, по-видимому, в результате внутренних взрывов в иих.

Первоначальные газовые облака, быстро охлаждаясь, в свою очередь также распадались на отдельные сгуще­ ния. Сгущения двигались с большой скоростью и в самых разных направлениях. Из этих сгущений образовались звезды первого поколения и шаровые звездные скопления. Следовательно, рой быстрых звезд и шаровых скопле­ ний — это остаток первоначальной сферической формы на­ шей Галактики. После того как в галактиках образовались звезды, их дальнейшее развитие шло по-разному, в зави­ симости от массы (в массивных галактиках эволюция

43

Идет быстрее) и от вращения галактик: системы с быст­

ный по длительности век: звезды малой массы существуют

исейчас, а более массшшые прожили свою жизнь'быстро.

Вотличие от звезд, сохраняющих почти неизменным характер своих движений с начала существования, меж­ звездный газ находится под сильным воздействием тяго­ тения звездной системы и, участвуя в ее вращении, опу­ скается к главной плоскости галактики и сжимается к ее центру. Это, согласно закону сохранения момента враще­ ния, усиливает вращение плоской составляющей галак­ тики. В местах, где плотпость газа оказывается высока,'

он превращается в звезды следующего поколения. Пол­ ному превращению всего газа спиральных галактик в звезды препятствуют их магнитные поля.

Образование молодых звезд идет также в ядре галак­ тики: к ее центру опускается газ, потерявший момент вращения. Здесь рождаются звезды новых поколений сферической подсистемы, составляющей ядро галактики. Однако здесь нет условий для образования массивных звезд, так как газ образует небольшие плотные сгустки. В случаях же, когда газ сжимается в массивное тело, рав­ ное тысячам солнечных масс, процесс завершается, по-видимому, катастрофой: вместо устойчивой звезды полу­ чается сжатие, приводящее к высокой центральной плот­ ности и образованию радиоактивных изотопов со взрыв­ ным характером выделения энергии. Следует сильный взрыв, и сферическая волна газа устремляется во все сто­ роны из галактического ядра. Некоторые ученые считают, что такой взрыв произошел около десяти миллионов лет назад в центре галактики М 82, в результате чего она стала неправильной типа 1о. Расширяющийся рукав на­ шей Галактики также, по-видимому, является остатком такого взрыва.

В эллиптических галактиках путь эволюции проще. В них с самого начала не было систематического галакти­ ческого вращения и заметного магнитного поля. Весь газ в этих системах с самого начала превратился в звезды сферической подсистемы. Газ же, выбрасываемый звез­ дами в ходе их эволюции, опускается к центру системы, где могут поэтому рождаться звезды новых поколений.

44

Но в эллиптических галактиках чрезвычайно массивных звезд нет, поэтому общий проп,есс звездной эволюции идет намного медленнее, чем в спиральных. Конечно, и в эллиптических галактиках одновременно сосуществуют звезды различных поколений, но между ними нет такой резкой разницы в характере движения, химическом со­ ставе и массе, какая наблюдается в спиральных галак­ тиках.

В неправильных галактиках типа Магеллановых Об­ лаков процесс образования звезд тяиулся очень долго и, по-видимому, еще не закончился.

Общей тенденцией эволюции галактик, таким образом, является продолжающийся процесс образования звезд но­ вых поколений в центре и в спиральных рукавах. Но

входе эволюции все большая часть газа консервируется

вкарликах и надолго исключается из общего кругообо­ рота. Образование новых поколений идет поэтому все

медленнее и в меньших масштабах’. В этом заключается старение галактик.

вопрос о взаимных расположениях и движениях галак­ тик, так как изучение его пролило свет на самые общие свойства и эволюцию Вселенной. Мы начнем знакомство с этим аспектом мира галактик с важной проблемы вне­ галактической астрономии — с определения расстояния до галактик.

Как мы уже знаем, благодаря тому, что в ближайших га­ лактиках были найдены цефеиды, новые звезды и сверхги­ ганты, удалось установить расстояния до ближайших звезд­ ных систем. В 1912 г. американский астроном В. Слайфер обнаружил замечательное свойство туманностей, оказав­ шихся позже внегалактическими. В спектрах этих дале­ ких галактик все спектральные линии оказались смещен­ ными к красному концу по сравнению с такими же ли­ ниями в спектрах источников, неподвижных относительно наблюдателя. Отношение смещения линии %—Хо к длине волны Х0 оказывается для всех линий в спектре данной галактики одинаковым и называется красным смещением. Аналогичное свойство, согласно принципу Доплера, имеют

45

тельно нашей звездной системы. Оказалось, что галактики встречаются как одиночные, так н двойные, группами, большими скоплениями и даже «облаками» скоплений (сверхскоплениями).

Средине расстояния между галактиками в группах и скоплениях — сотни килопарсеков, а между группами га­ лактик, одиночками и т. д. — в среднем 1—2 Мне. Скоп­ ления удалены друг от друга в среднем на десятки мега­ парсек.

Наша Галактика и туманность Андромеды входят в Местную группу галактик. Это два главных объекта группы, каждый из которых имеет по нескольку галак­ тик-спутников. Крупнейшие спутники нашей Галактики — Большое и Малое Магеллановы Облака. Туманность Анд­ ромеды имеет четыре больших эллиптических спутника. И все же по полному числу спутников первенство за на­ шей звездной системой: она имеет целую свиту карлико­ вых туманностей. Кроме того, в состав Местной группы входит несколько самостоятельных членов — галактик не­ больших размеров: спиральная галактика М 33 в созвез­ дии Треугольника и три неправильных. В табл. 5 приво­ дится «перепись населения» нашей Местной группы по данным на 1974 г. Но, по-видимому, она не исчерпывает списка членов. Возможно, что поглощающая материя на­ шей Галактики скрывает какой-нибудь близкий член Местной группы.

Таблица 5

«ПЕРЕПИСЬ НАСЕЛЕНИЯ» МЕСТНОЙ ГРУППЫ ГАЛАКТИК ИА 1974 год

Есть несколько групп галактик, ближайших к Местпой группе. Это — группа Южного галактического полюса, группа Цеитавра-А, группы в Большой Медведице, Льве и Гопчпх Псах. В наших окрестностях сейчас найдено более 50 малых групп галактик.

Кроме небольших групп найдено миого богатых скоп­ лений с сотнями и тысячами галактик. Ближайшее такое скопление находится в созвездии Девы на расстоянии 13,8 Мпс. В его составе семь гигантских эллиптических галактик, в том числе радиогалактика Дева-А и девять4

гигантских спиральных. Треть галактик — скопления эл­ липтические и S0? остальные — спиральные. Размеры этого скопления 14 Мпс, но сейчас скопление в Деве считают лишь центральным сгущением сверхскоштения, к которому принадлежат наша Местная группа и ее со­ седи. Общее число галактик нашего сверхскопления около 10 000, диаметр его около 50 Мпс. Найдено уже полсотии таких сверхскоилеиий.

У спиральных и неправильных галактик наблюдается радиоизлучение, аналогичное радиоизлучению нашей Га­ лактики. У обычных эллиптических галактик радиоизлу­ чение незначительно и обнаружено лишь недавно с боль­ шим трудом. Но среди сверхгигантских эллиптических галактик и реже среди спиральных встречается особый класс галактик с сильным нетепловым радиоизлучением. К таким радиогалактикам относятся близкие к нам Цеи- тавр-А, М 82, Печь-А, Дева-А. Самая близкая К нам радпогалактика высокой мощности — Лебедь-А — на фо­ тографиях выглядит как пара слабых эллиптических га­ лактик 16-й величины, зато ее радиоизлучение, например на волне 1 м, уже соответствует объекту 2-й звездной величины, если выражать радиоизлучение в этих едини­ цах. Сейчас известны сотпи радиоисточпиков, оказав­ шиеся радиогалактиками.

В 1963 г. было обнаружено, что па месте некоторых радиоисточников вместо галактик паходятся точечные опти­ ческие объекты — квазары. Линин в спектрах этих объек­ тов показывают огромные красные смещения. Если крас­ ное смещение в их спектрах имеет обычное доплеровское

галактической среды, частью которой является паблюдаемое множество внегалактических объектов, составляют так называемую Метагалактику. Красное смещение галактик отражает одно из важнейших свойств Метагалактики: ее расширение. Других объяснений этому явлению не най­ дено. Более того, обнаружено метагалактическое тепловое радиоизлучение — остаточное излучение того первоначаль­ ного газового облака, из которого формировались галак­ тики около 13 млрд, лет назад, когда они находились ближе друг к другу и представляли собой сгустки этого

50

облака. А еще ранее вещество Метагалактики находилось, по-видимому, в сверхплотном состоянии; после взрыва этого вещества началось расширение и эволюция Метага­ лактики и ее членов.

Основная часть наблюдаемого вещества Метагалактики сейчас сосредоточена в звездах, только несколько процен­ тов сохраняется в видемежзвездного газа п пыли, а также межгалактического газа. Некоторая часть материи Мета­ галактики находится в форме излучения. В раннюю эпоху существования Метагалактики, когда она имела вы­ сокую температуру, световая форма материи даже преоб­ ладала.

Так выглядит по современным взглядам Вселенная, и так мы представляем ее историю и ее будущее развитие. Опираясь на эти сведения, мы можем теперь подробнее познакомиться с основным предметом нашей книги — с новыми и сверхновыми звездами.

4*