В 1845 г. английский астроном лорд Росс (Уильям Парсонс) с помощью
телескопа со 180-сантиметровым металлическим зеркалом обнаружил целый класс
«спиральных туманностей», самым ярким примером которых явилась туманность
в созвездии Гончих Псов (М 51 по каталогу Ш. Мессье).
Природа этих туманностей была установлена лишь в первой половине ХХ
столетия. В то время интенсивно проводились исследования по определению
размеров нашей Галактики — Млечного Пути —
и расстояний до некоторых туманностей, которые удалось разложить на звёзды.
Выводы были противоречивы как в оценках расстояний до туманностей, так
и в определении масштабов Галактики. Одни исследователи выносили звёздные
туманности далеко за пределы нашей Галактики и называли их «островными
вселенными», другие (и таких было большинство), наоборот, включали эти
туманности в состав Млечного Пути.
Всё встало на свои места, когда в 20-х гг. в ближайших спиральных туманностях
были обнаружены цефеиды, позволившие оценить расстояния до них.
Ещё в 1908 г. астроном Гарвардской обсерватории (США) Генриетта Ливитт
обнаружила зависимость между периодом изменения блеска переменных звёзд
класса цефеид и их светимостью. Это давало возможность по величине периода
узнать светимость звезды, по светимости — расстояние до неё, а следовательно,
и до той звёздной системы, куда она входит. Этот метод позволил определить
расстояние до туманности Андромеды в 900 тыс. световых лет. Такая оценка
оказалась заниженной. Уточнение шкалы расстояний цефеид в 1952 г. удвоило
все межгалактические расстояния.
При новой шкале размеры ближайших спиральных туманностей стали сопоставимы
с размерами Млечного Пути, а иногда и превышали их. Тем самым были получены
последние доказательства того, что спиральные туманности — это огромные
звёздные системы, сравнимые с нашей Галактикой и удалённые от неё на миллионы
световых лет. С тех пор их и стали называть галактиками.
Простой взгляд на фотографию спиральной галактики вызывает восхищение
и удивление: каким образом может возникнуть такая система звёзд? Какая
сила собирает и удерживает звёзды в спиральных ветвях? Почему самые яркие,
массивные, а значит, короткоживущие звёзды находятся в спиральных ветвях,
а между ветвями — в основном слабые, долго прожившие звёзды? Почему вид
галактики напоминает чечевицу или два блюдца, приложенные краями друг к
другу? Почему в центре галактик, наблюдаемых с ребра, видно шарообразное
<вздутие» (балдж), образуемое маломассивными жёлтыми и красными звёздами?
Плоская, дискообразная форма объясняется вращением. Во время образования
галактики центробежные силы препятствовали сжатию протогалактического облака
или системы облаков газа в направлении, перпендикулярном оси вращения.
В результате газ концентрировался к некоторой плоскости — так образовались
вращающиеся диски спиральных галактик. Диск вращается не как единое твёрдое
тело (например, колесо): период обращения звёзд по краям диска намного
больше, чем во внутренних частях.
Немало усилий пришлось приложить астрономам, чтобы понять причину других
наблюдаемых свойств спиральных галактик Заметный вклад в исследование их
природы внесла отечественная наука. Вот как представляют себе природу спиральных
ветвей галактик в наши дни.
Все звёзды, населяющие галактику, гравитационно взаимодействуют, в
результате чего создаётся общее гравитационное поле галактики. Известно
несколько причин, по которым при вращении массивного диска возникают регулярные
уплотнения вещества, распространяющиеся подобно волнам на поверхности воды.
В галактиках они имеют форму спиралей, что связано с характером вращения
диска. В спиральных ветвях наблюдается повышение плотности как звёзд, так
и межзвёздного вещества — пыли и газа. Повышенная плотность газа ускоряет
образование и последующее сжатие газовых облаков и тем самым стимулирует
рождение новых звёзд. Поэтому спиральные ветви являются местом интенсивного
звездообразования.
Спиральные ветви — это волны плотности, бегущие по вращающемуся диску.
Поэтому через некоторое время звезда, родившаяся в спирали, оказывается
вне её. У самых ярких и массивных звёзд очень короткий срок жизни, они
сгорают, не успев покинуть спиральную ветвь. Менее массивные звёзды живут
долго и доживают свой век в межспиральном пространстве диска.
Маломассивные жёлтые и красные звёзды, составляющие балдж, намного
старше звёзд, концентрирующихся в спиральных ветвях. Эти звезды родились
ещё до того, как сформировался галактический диск. Возникнув в центре протогалактического
облака, они уже не могли быть вовлечены в сжатие к плоскости галактики
и потому образуют шарообразную структуру.
На фотографии поразительной по красоте галактики М 51, называемой Водоворотом,
видна на конце одной из спиральных ветвей небольшая галактика-спутник.
Она обращается вокруг материнской галактики. Удалось построить компьютерную
модель образования этой системы. Предполагается, что маленькая галактика,
пролегая вблизи большой, привела к сильным гравитационным (приливным) возмущениям
её диска. В результате в диске большой галактики создаётся волна плотности
спиральной формы.
Звёзды, рождающиеся в спиральных ветвях, делают эти ветви яркими и
чёткими.
Балдж и диск галактики погружены в массивное гало. Некоторые исследователи
предполагают, что основная масса гало заключена не в звёздах, а в несветящемся
(скрытом) веществе, состоящем либо из тел с массой, промежуточной между
массами звёзд и планет, либо из элементарных частиц, существование которых
предсказывают теоретики, но которые ещё предстоит открыть. Проблема природы
этого вещества — скрытой массы — сейчас занимает умы многих учёных, и её
решение может дать ключ к природе вещества во Вселенной в целом.
Энциклопедия для детей «Астрономия»,
1997 г. Аванта+
