Сергей Попов - Вселенная. Краткий путеводитель по пространству и времени: от Солнечной системы до самых далеких галактик и от Большого взрыва до будущего Вселенной

Основные компоненты Галактики: диск, балдж и гало.

Звезды на ночном небе – объекты нашей Галактики. Полоса Млечного Пути, содержащая миллиарды звезд, – это ее основная часть, диск (наша Галактика относится именно к дисковым галактикам). Кроме того, в диске много газа и пыли, и именно поэтому Млечный Путь не выглядит ровной «небесной дорогой», а кажется местами «клочковатым»: сами звезды распределены достаточно равномерно, но газопылевые облака поглощают свет звезд, и в Млечном Пути появляются прожилки и провалы.

Спиральные рукава выделяются, потому что в них идет звездообразование и присутствует много массивных ярких звезд.

Из-за наличия большого количества газа и пыли в плоскости диска огромное количество звезд Галактики оказывается скрытым от нас. Однако наличие плотной межзвездной среды приводит к формированию новых поколений светил, так что звездный диск содержит много молодых объектов. Поэтому там присутствуют и массивные звезды высокой светимости, обладающие коротким временем жизни. Именно они очерчивают спиральный узор галактик, поскольку, как правило, именно в спиральных рукавах наиболее активно идет звездообразование. Между тем есть в диске и старые звезды, родившиеся в нем, некоторым из которых, как Солнцу, несколько миллиардов лет. А самые старые – ровесники Галактики – могли попадать в него в результате динамической звездной эволюции или поглощения галактик-спутников.

Для определения деталей структуры Галактики необходимо достаточно точно измерять расстояния до разных объектов, прежде всего звезд. Однако пока точные расстояния, в первую очередь благодаря работе спутника Hipparcos, доступны лишь для нескольких десятков тысяч звезд в пределах примерно тысячи световых лет от нас. В ближайшие годы станут доступны полные данные наблюдений космического телескопа Gaia. Это даст измерения расстояний для сотен миллионов звезд вплоть до десятков тысяч световых лет. Тогда станет возможным построить карту распределения и движения звезд примерно половины нашей Галактики. Пока же в вопросе ее строения есть существенные неясности.

Если бы мы могли посмотреть на нашу Галактику со стороны, то в первую очередь увидели бы диск, испускающий около 80 % всего света Галактики. Это связано как с тем, что в диске сосредоточена бóльшая часть звезд, так и с тем, что среди них много ярких объектов, поскольку там идет процесс звездообразования.

Хотя диск не имеет резкой границы, можно говорить о его характерном размере. Он тянется до расстояний в несколько десятков тысяч световых лет от центра Галактики, постепенно становясь все более разреженным. В нем выделяют две составляющие: тонкий и толстый диски. Тонкий диск доминирует с точки зрения испускаемого излучения: именно там сосредоточено основное количество звезд, и там формируются спиральные рукава. Детали спиральной структуры нашей Галактике остаются до конца неясными.

Диск – самая заметная часть Галактики, в нем сосредоточена бóльшая часть звезд.

Тонкий диск имеет характерную полутолщину около 1000 световых лет, а толстый примерно втрое толще. Этот компонент Галактики выделили относительно недавно, лишь в 1983 г., он состоит из более старых звезд, чем тонкий диск, с меньшим содержанием тяжелых элементов. Кинематика звезд в нем отличается по своим характеристикам от звезд тонкого диска, поверхностная яркость толстого диска в несколько раз меньше. Толстый диск должен был сформироваться довольно быстро (менее чем за миллиард лет), когда Галактика была еще молодой.

В центральной части Галактики находится звездный балдж – «вздутие». Его масса превосходит 10 млрд солнечных. Для размеров и массы нашего диска балдж не очень крупный, а в остальном наша Галактика довольно типична (если сравнивать ее с другими гигантскими спиральными галактиками).

Балдж – одна из самых старых частей Галактики, возраст основной массы звезд в нем превышает 10 млрд лет. Там мало газа, а потому мало молодых звезд. Размеры балджа составляют несколько тысяч световых лет.

Также в центральной области можно выделить так называемый бар – перемычку (иногда говорят даже о двух барах). Хотя «географически» бар находится внутри балджа, он является элементом диска. Это динамическая звездная структура, имеющая вытянутую форму, возможно, играющая важную роль в формировании спиральных рукавов.

Балдж – одна из самых старых структур Галактики.

Самая протяженная часть Галактики – ее гало, состоящее в основном из темного вещества, хотя там есть и газ, и звезды. Их движение не похоже на поведение звезд диска, которые вращаются в одной плоскости и в одну сторону вокруг центра. Звезды гало движутся по вытянутым орбитам, пересекая диск под разными углами, а в целом гало вращается медленно. Самые далекие звезды гало находятся на расстоянии более полумиллиона световых лет от центра Галактики.

Когда мы говорим о больших размерах гало, речь идет в первую очередь о темном веществе. Половина массы гало сосредоточена внутри радиуса около полумиллиона световых лет. Звездное гало гораздо компактнее (характерный размер – десятки тысяч световых лет). Выделяют внутреннее гало (по-видимому, формировалось быстро, вместе с балджем, на ранних стадиях эволюции Галактики за счет коллапса протогалактического газа) и внешнее гало (формировалось позже, в основном за счет поглощения карликовых галактик-спутников). Также к гало относят систему шаровых звездных скоплений.

Гало темного вещества – самая большая и массивная часть Галактики.

Звезды гало имеют очень малое содержание тяжелых элементов. К счастью, некоторые из них можно изучать достаточно детально, поскольку они пролетают и вблизи Солнца. Примерно одна звезда из 1000 в солнечных окрестностях относится к гало. Такие объекты можно выделять по их движению: они пересекают галактический диск под большим углом и с большой скоростью.

Основная масса звезд сформировалась в первые несколько миллиардов лет жизни Галактики.

Изучать гало других галактик сложно, поскольку все они состоят из относительно небольшого количества старых звезд, плохо видимых с большого расстояния. Лишь для туманности Андромеды (М31) и галактики в Треугольнике (М33) у нас имеются достаточно подробные данные по их звездным гало. В будущем введение в строй новых телескопов большого диаметра позволит детально исследовать эти структуры в более далеких галактиках.

Поскольку гало, особенно внешнее, формировалось в процессе скучивания в эпоху, когда происходило интенсивное поглощение галактик-спутников, там может находиться довольно много массивных черных дыр с массами от сотен до десятков тысяч солнечных, связанных с разрушенными спутниками. Однако пока наблюдать их не удается.