Виктор Комаров - Занимательная астрофизика

Начнем, однако, с оптического диапазона, освоение которого заложило фундамент наших знаний о Вселенной. Как выглядит Вселенная в видимом свете?

Основными структурными единицами Вселенной являются «звездные острова» — галактики, подобные нашей. Одна из них находится в созвездии Андромеды. Это — гигантская галактика, похожая по своему строению на нашу и состоящая из сотен миллиардов звезд. Свет от нее до Земли идет 2 млн. лет.

Галактика Андромеды вместе с нашей Галактикой и еще несколькими галактиками меньшей массы образуют так называемую Местную группу. Некоторые из звездных систем этой группы, в том числе Большое и Малое Магеллановы Облака, галактики в созвездиях Скульптора, Малой Медведицы, Дракона, Ориона, являются спутниками нашей Галактики. Вместе с ней они обращаются вокруг общего центра масс.

Местная группа со скоростью, равной нескольким сотням километров в секунду, движется по направлению к еще одному скоплению галактик в созвездии Девы.

Скопление в Деве является центром еще более гигантской системы звездных островов — Сверхскопления галактик, которое включает в себя и Местную группу вместе с нашей Галактикой.

Согласно наблюдательным данным, сверхскопления включают в себя свыше 90 % всех (Существующих галактик и занимают около 10 % всего объема пространства нашей Вселенной. Сверхскопления обладают массами порядка 10 15масс Солнца.

Современным средствам астрономических исследований доступна колоссальная область пространства радиусом около 10–12 млрд. световых лет. В этой области, по современным оценкам, расположено 10 10галактик. Их совокупность получила название Метагалактики.

По своему внешнему виду галактики разделяются на три основных типа: эллиптические, спиральные и неправильной формы.

Эллиптические галактики различаются по степени сжатия. Они могут быть как шаровыми, так и достаточно сильно «сплюснутыми».

Что же касается спиральных галактик, то они различаются по характеру строения спиральных ветвей. В основной плоскости спиральных галактик, как правило, присутствуют темные массы поглощающей материи. На основе многочисленных наблюдений в настоящее время установлено, что спиральные галактики состоят из двух компонентов — сфероидального и диска. Если диск отсутствует, такая галактика принадлежит к числу эллиптических.

Неправильные галактики лишены определенной формы, они несимметричны и обычно не имеют ядер.

Кроме того, следует выделить так называемые взаимодействующие — галактики, детальное исследование которых было проведено советским астрономом проф. Б. А. Воронцовым-Вельяминовым.

Существуют также переходные формы между эллиптическими и спиральными звездными системами.

Возможно, что галактики окружены своеобразными «коронами», состоящими из слабосветящихся, а потому невидимых звезд. Если подобное предположение подтвердится, то это будет означать, что реальная масса «звёздных островов» примерно в 10 раз больше, чем та, что определена по их светящейся части.

Внешние формы галактик в определенной степени отражают характер происходящих в них физических процессов. Поэтому классификация звездных систем представляет большой научный интерес. Она не только позволяет выяснить состав «населения» нашей Вселенной, но и понять пути эволюции звездных систем.

В 1922 г. советский математик А. А. Фридман, анализируя уравнения общей теории относительности Эйнштейна, пришел к выводу, что Вселенная не может находиться в стационарном состоянии — она должна либо расширяться, либо пульсировать.

В дальнейшем выводы Фридмана получили подтверждение в астрономических наблюдениях, обнаруживших в спектрах галактик так называемое красное смещение спектральных линий, что соответствует взаимному удалению этих звездных систем.

Поскольку все галактики от нас удаляются, невольно складывается впечатление, что наша Галактика находится в центре расширения, в неподвижной центральной точке расширяющейся Вселенной. В действительности же мы имеем дело с одной из астрономических иллюзий. Расширение Вселенной происходит таким образом, что в нем нет «преимущественной» неподвижной точки. Какие бы две галактики мы ни выбрали, расстояние между ними с течением времени будет возрастать. А это значит, что на какой бы из галактик ни оказался наблюдатель, он также увидит картину разбегания звездных островов, аналогичную той, какую видим и мы.

Итак, мы живем в нестационарной, расширяющейся Вселенной, которая изменяется со временем и прошлое которой нетождественно ее современному состоянию, а современное — будущему.

Наблюдая с помощью все более совершенных телескопов все более далекие космические объекты, мы не только проникаем все дальше в глубины мирового пространства, но и получаем возможность изучать ранние стадии эволюции Вселенной. Ведь чем дальше от нас находится тот или иной космический объект, тем больше времени затрачивают световые лучи, чтобы преодолеть расстояние, отделяющее его от Земли, и, следовательно, в тем более отдаленное прошлое мы заглядываем.

Но далекое прошлое проявляет себя и в современных состояниях космических объектов и их систем. Эти состояния — как бы «следы минувшего». Их изучение — ключ к познанию истории нашей Вселенной.

В современной астрофизике существует несколько гипотез или, как сейчас стало модно говорить, «сценариев» происхождения галактик. Один из них можно назвать сценарием фрагментации. Его разрабатывает группа советских ученых под руководством академика Я. Б. Зельдовича. Согласно этому сценарию, звездные острова сформировались в результате существования неоднородностей плотности, возникших на одной из ранних стадий эволюции Вселенной, когда еще не было ни звезд, ни галактик, а среда представляла собой нейтральную смесь водорода и гелия, достаточно равномерно распределенную в пространстве. Тем не менее в различных точках плотность среды могла несколько различаться. Возникшие на еще более ранней стадии расширения, когда во Вселенной доминировало излучение, а плазма была ионизована, небольшие возмущения плотности теперь стали расти. Как считает группа Я. Б. Зельдовича, сперва эти возмущения представляли собой плоские волны очень большой длины. Под действием сил тяготения гребни этих волн становились все круче и круче, вследствие чего возникали плоские и плотные газовые образования дискообразной форумы.

Газ в трехмерном пространстве можно сжать в любом из трех взаимно перпендикулярных направлений. Однако в природе одновременное сжатие газа вдоль трех или даже двух осей — явление маловероятное. Как правило, в каждом элементарном объеме имеется одно преимущественное направление сжатия.