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

В истории формирования Галактики существует много вопросов. По-видимому, первыми возникли балдж и внутреннее гало, что известно по содержанию элементов в звездах этих компонентов. Современные модели показывают, что половина звездной массы сформировалась за первые 4 млрд лет эволюции. Затем темп формирования звезд существенно упал примерно на миллиард лет, а после небольшой паузы слегка возрос и оставался примерно неизменным до наших дней. Самые старые звезды Галактики находятся в шаровых скоплениях и внутренней части балджа, самые молодые – в тонком диске Галактики. Последняя составляющая образовалась позже всех, особенно ее внешние части, которые росли по мере натекания газа с большим орбитальным моментом. На первых этапах истории Галактики слияния с другими крупными звездными системами могли играть заметную роль, но последние 10 млрд лет событий такого типа не происходило – поглощались лишь мелкие спутники, неспособные существенно изменить структуру Галактики. Следы влияния карликовых галактик мы видим в разных частях нашей Галактики. Например, к ним относятся звездные потоки – остатки разрушенных спутников, которые наблюдаются в галактическом гало. Также существуют теоретические модели, показывающие, что прохождение небольших галактик-спутников через диск может влиять на структуру спиральных рукавов.

Солнце находится на расстоянии около 25 000–27 000 световых лет от центра Галактики почти точно в плоскости ее диска, между двумя крупными спиральными рукавами (рукавом Персея и рукавом Стрельца-Киля). Сейчас Солнце находится в так называемом местном рукаве (рукаве Ориона) – относительно небольшом образовании (иногда его даже называют «отростком» – spur), с которым генетически связаны некоторые яркие массивные звезды в наших окрестностях. Само же Солнце с этим рукавом непосредственно не связано – наша звезда имеет возраст почти 5 млрд лет и совершила уже много оборотов вокруг центра Галактики.

Солнце вращается вокруг центра Галактики с линейной скоростью около 220 км/с. Типичные скорости относительно близких звезд диска, также участвующих в этом вращении, 10–30 км/с. Звездная плотность в наших окрестностях составляет примерно одну звезду на 250 кубических световых лет (или 0,14 звезды на кубический парсек).

Согласно многим оценкам, Солнце находится вблизи так называемой зоны коротации, где скорость вращения звезд равна скорости движения спирального узора [8] Заметим, что разные подсистемы рукавов в Галактике могут иметь разную угловую скорость. Поэтому можно говорить о нескольких зонах коротации. Соответственно, Солнце может находиться вблизи лишь одной из них. . Поэтому наша звезда относительно редко оказывается внутри крупных спиральных рукавов, где встречается больше облаков газа и пыли, а также чаще вспыхивают сверхновые и выше интенсивность космических лучей. Некоторые ученые полагают, что это благоприятное обстоятельство может играть существенную роль в долговременной эволюции жизни на Земле.

Солнце находится вблизи зоны коротации.

В солнечной окрестности выделяются две важные структуры. Первая связана со свойствами межзвездной среды и называется Местным пузырем (Local Bubble), а вторая – с распределением ассоциаций молодых звезд (это пояс Гулда).

Пояс Гулда был идентифицирован наблюдателями несколько столетий назад. Было замечено, что распределение ярких звезд на небе не совпадает с плоскостью Млечного Пути, а может быть объяснено существованием другой плоскости, наклоненной к галактической примерно на 20 градусов. Свое название пояс получил по имени Бенджамина Гулда (Benjamin Gould), хотя он был не первооткрывателем (видимо, первым о необычном распределении ярких звезд заговорил Джон Гершель (John Herschel) в 1834 г.), но первым детально исследовал этот вопрос в 1870-е гг.

Пояс Гулда образован ассоциациями молодых звезд.

Пояс представляет собой вытянутый тор размером 1000–2500 световых лет, центр которого лежит примерно в 400–500 световых годах от нас. Эта структура образована несколькими десятками ассоциаций молодых звезд, ее возраст составляет несколько десятков миллионов лет, так что Солнце оказалось внутри него совершенно случайно. Полная масса пояса составляет около миллиона солнечных масс, бóльшая ее часть приходится на межзвездный газ.

Относительно небольшой возраст пояса приводит к тому, что в нем присутствует довольно много массивных звезд. Благодаря этому темп вспышек сверхновых в нашей окрестности оказывается примерно втрое выше среднего на аналогичном расстоянии от центра Галактики (вне спиральных рукавов). Примерно две трети сверхновых в окрестности 1000–2000 световых лет в последние миллионы лет связаны с поясом Гулда. Это, в свою очередь, ведет к повышенному содержанию молодых нейтронных звезд в наших окрестностях. В абсолютных значениях это небольшая величина (десятки объектов), но присутствие в ближайшем солнечном окружении (примерно до тысячи световых лет) нескольких молодых горячих нейтронных звезд (так называемая «Великолепная семерка») связывают именно с поясом Гулда.

Причины возникновения такой структуры до конца не ясны. Наиболее вероятной считается модель, в которой пояс возник в результате падения крупного молекулярного облака на галактический диск. Наблюдения показывают, что в Галактике может быть много подобных образований.

Местный пузырь – локальная область пониженной плотности межзвездной среды, заполненная горячим газом.

Местный пузырь – это компактная несимметричная область в межзвездной среде, практически свободная от поглощающего вещества. Плотность межзвездного газа там понижена, она составляет около 1 атома водорода в 20 см³ – примерно на порядок меньше, чем в среднем на солнечном расстоянии от центра Галактики. Плотность вещества внутри пузыря неравномерна: например, вблизи Солнца находится так называемое Местное межзвездное облако, плотность в котором в несколько раз выше, чем в среднем в пузыре (есть и другие неоднородности).

Эта область пониженной плотности размером несколько сотен световых лет была впервые идентифицирована в конце 1960-х гг. Согласно современным моделям пузырь формировался на протяжении миллионов лет за счет ветров массивных звезд и вспышек сверхновых. Последняя сверхновая должна была взорваться менее миллиона лет назад, так что наше положение вблизи центра этой структуры является случайным.

Пузырь частично заполнен горячей плазмой (с температурой до миллиона градусов), излучение которой наблюдается в рентгеновском диапазоне.