№ 101. Как появилась наша галактика?

Наша галактика – это гигантское скопление звезд, к которому принадлежит и Солнце с его планетной системой. На русском языке мы называем нашу галактику просто Галактикой (с большой буквы), а на английском обычно пишут Milky Way galaxy или просто Milky Way (Млечный Путь). Это и понятно, ведь Млечный Путь, пересекающий светлой полосой ночное небо, есть не что иное, как множество далеких звезд Галактики, поодиночке не различимых невооруженным глазом. Подсчитать точное количество звезд в Галактике очень сложно; пока лишь приблизительные оценки астрономов показывают, что их около 300 миллиардов. Иными словами, на каждого жителя Земли приходится по 40 «персональных» звезд.

Форма Млечного Пути говорит о том, что большинство звезд сосредоточено в диске, где находится и наше Солнце. Диаметр звездного диска Галактики примерно 100 тысяч световых лет. В его центре звезды расположены гораздо плотнее, чем на периферии. Почти все звезды обращаются по орбитам вокруг центра Галактики в одном направлении, подобно планетам, движущимся вокруг Солнца. Само Солнце с планетами тоже движется по орбите вокруг центра Галактики на расстоянии около 25 тысяч световых лет от него. Скорость движения Солнца по его галактической орбите – около 220 км/с, но расстояние до центра Галактики так велико, что на один оборот вокруг него Солнцу требуется около 220 миллионов лет. В самом центре Галактики находится плотное звездное скопление – ядро, в середине которого, по-видимому, расположена черная дыра массой около 4 миллионов масс Солнца.

Пространство между звездами не совсем пустое: оно заполнено очень разреженным межзвездным веществом; в основном это газ (водород и гелий) с небольшим количеством очень мелких твердых частиц – пылинок. В некоторых местах галактического диска плотность межзвездного вещества повышена в десятки и даже сотни раз – это облака, почти не прозрачные для света; они легко различимы как темные пятна на фоне Млечного Пути. В самых плотных облаках под действием гравитации разреженное вещество собирается в комочки, уплотняется и нагревается, постепенно превращаясь в звезды.

Наша Галактика не единственная: недалеко от нее, на расстоянии 2 миллионов световых лет, находится другая гигантская звездная система – Туманность Андромеды, очень похожая на нашу. А если заглянуть еще дальше, на миллиарды световых лет, куда дотягиваются наши телескопы, то мы обнаружим, что все пространство Вселенной заполнено галактиками, которых миллиарды и миллиарды. Многие из них похожи на нашу и на Туманность Андромеды – это вращающиеся звездные диски, часто со спиральным узором, протянувшимся от центра к краю диска, поэтому их называют спиральными галактиками. По своим размерам и количеству звезд они не особенно сильно отличаются от нашей Галактики. Но нередко встречаются и шарообразные или эллипсовидные галактики без спирального узора, но с уплотнением к центру; их называют эллиптическими галактиками. По своим размерам и массам они более разнообразны, чем спиральные системы: есть эллиптические галактики-карлики, состоящие из нескольких миллионов звезд, а есть гиганты, содержащие тысячи миллиардов светил. Но в эллиптических галактиках очень мало межзвездного вещества и поэтому мало молодых звезд; порою их вовсе нет.

Кроме спиральных и эллиптических галактик встречаются звездные системы неопределенной, «лохматой» формы; их называют неправильными или иррегулярными (от англ. irregular). Среди них изредка попадаются крупные объекты, и почти всегда это результат столкновения двух спиральных галактик или же спиральной и эллиптической. Но большинство неправильных галактик – мелкие звездные системы, богатые межзвездным газом. Очень часто они, как спутники, окружают значительно более крупные спиральные и эллиптические системы. Например, вокруг нашей Галактики вьется около полусотни спутников: и довольно крупные – Магеллановы облака, и очень мелкие, состоящие всего из нескольких тысяч звезд.

Астрономы давно ищут ответ на вопрос, как произошли галактики и какова связь между различными их типами. Самые мощные телескопы, такие как космический телескоп «Хаббл», способны заглядывать вглубь Вселенной на многие миллиарды световых лет, то есть видеть то, что происходило в тех далеких областях миллиарды лет назад. Оказывается, тогда большинство галактик было небольшого размера и неправильной формы. Поскольку Вселенная расширяется, в прошлом галактики располагались в пространстве намного ближе друг к другу и чаще сталкивались и сливались, образуя все более и более крупные системы. Похоже, что и наша Галактика выросла таким же образом, а ее современные спутники – это те небольшие галактики, которые еще не успели слиться с Млечным Путем; но когда-нибудь это непременно произойдет. Недавние наблюдения астрономов показали, что за каждый миллиард лет наша гигантская звездная система поглощает несколько своих спутников, и следы этой «трапезы» еще долго остаются заметными в виде потоков звезд, продолжающих двигаться по прежним орбитам.

Но как же образовались небольшие галактики в период ранней молодости Вселенной? В точности этого мы пока не знаем. Расчеты показывают, что молодая Вселенная была заполнена довольно плотным и почти однородным веществом: горячим газом – водородом (75 % по массе) и гелием, а также неким темным веществом неизвестной нам пока природы (скорее всего, это элементарные частицы нового для физиков типа). По мере расширения Вселенной газ и темное вещество разреживались и остывали, их упругость снижалась, и они все сильнее поддавались влиянию собственной гравитации. Наконец вещество остыло настолько, что гравитация стала играть в нем главную роль. Хотя первичное вещество было почти однородным (то есть везде имело одинаковую плотность), но все же не совсем: в разных точках пространства его плотность немножко различалась, всего лишь на тысячные доли процента. Но и этого оказалось достаточно, чтобы гравитация начала понемногу стягивать вещество из разреженных областей в более плотные, постепенно увеличивая их массу и плотность.

Поскольку темного вещества во Вселенной в несколько раз больше, чем обычного (водородно-гелиевого газа), и оно к тому же не такое упругое, оно легче поддалось гравитации и быстрее собралось в «комки». После этого обычное вещество стало интенсивно притягиваться к темным комкам, концентрироваться в их центре и превращаться в небольшие звездно-газовые галактики. Доказательством этого служит то, что и сегодня на периферии большинства галактик ощущается присутствие большого количества невидимого в телескоп темного вещества; оно ощущается лишь по избыточной гравитации, поэтому его часто называют темной материей (англ. dark matter). Так мы представляем сегодня формирование первых небольших галактик, из которых со временем слиплись более крупные. Но до полной ясности еще далеко: предстоит детально исследовать близкие и далекие звездные системы; понять, почему одни из них спиральные, а другие эллиптические; и что все-таки представляет собой загадочное темное вещество, которое сыграло главную роль в формировании галактик.

Владимир Сурдин, астроном