Спиральная россыпь звезд

Проведенные с тех пор наблюдения показали, что у нашей Галактики есть яркие спиральные рукава, состоящие из плотных сгущений звезд, навивающихся на центральный диск. Мы не можем выйти за пределы Млечного Пути, чтобы увидеть, как он будет выглядеть издалека, но, скорее всего, он напоминает гигантский крутящийся фейерверк. Такие большие спиральные галактики встречаются нечасто. Большинство галактик отличается небольшими размерами, они довольно тусклые и похожи на кляксы. Наша Галактика по сравнению с ними великолепна.

Однако наше представление о Вселенной остается фрагментарным. Само появление спиральной структуры для нас остается загадкой. Звезды двигаются вокруг центра Галактики по относительно круговым орбитам, а вовсе не по спиральным рукавам. Ученые полагают, что спиральную структуру создает возмущение, называемое волной плотности. Звезды и облака газа при своем движении периодически попадают в спиральные волны плотности, которые тянутся от центра галактики к краю диска, – подобно тому, как автомобили вливаются в более интенсивные потоки движения. Волны сжимают газ и запускают процесс образования многочисленных новых ярких звезд, которые и подсвечивают спиральную структуру. Однако неясно, откуда же появляются сами волны плотности.

Спиральный узор в нашей Галактике довольно трудно увидеть, поскольку он расположен к нам ребром и вдобавок скрыт плотным облаком пыли. Астрономы сделали все возможное, чтобы составить карту положений ярких звезд внутри спиральных рукавов, а радиотелескопы засекли сигналы от сжатых облаков водорода внутри них.

Таким образом удалось проследить четыре основных спиральных ветви: рукав Щита – Южного Креста, рукав Стрельца – Киля, рукав Персея и Внешний рукав. Между ними также есть несколько небольших дуг.

В конце 2003 года научный коллектив под руководством Наоми МакКлюр-Гриффитс в Австралийском национальном университете в Канберре (Австралия) сообщил об обнаружении еще одного фрагмента рукава. Используя 64-метровый радиотелескоп «Паркс» и массив из шести 22-метровых параболических антенн, ученые обнаружили арку длиной около 77 000 световых лет из плотного водорода, проходящую вдоль внешнего края Галактики. С Земли арка выглядит почти в 150 раз шире полной Луны и, вероятно, является частью Внешнего рукава Галактики.

Волнистый эффект

В 2013 году создали трехмерную карту скоростей движения нескольких тысяч звезд и расстояний до них. Из этой карты следует, что Галактика совершает волнообразные движения. Мэри Уильямс и ее коллеги из Института астрофизики им. Лейбница в Потсдаме (Германия) изучили данные измерений радиальных скоростей (Radial Velocity Experiment, RAVE) почти для полумиллиона звезд на расстояниях до 6500 световых лет во всех направлениях. В основном изучались звезды из так называемого красного сгущения на диаграмме Герцшпрунга – Расселла, у которых примерно одинаковая яркость, и поэтому их легче сравнивать при расчете их относительных скоростей и расстояний до нас. Ученые проанализировали данные RAVE о горизонтальных движениях звезд и данные об их движениях в перпендикулярном направлении.

Рис. 8.1. Млечный Путь. Наша Галактика глазами художника (вид сверху).

Они обнаружили, что звезды, располагающиеся ближе к центру Галактики, образуют утолщения, выступающие наружу из плоскости в обоих направлениях; более далекие от центра звезды, напротив, образуют структуру, «сплющенную» внутрь. Движения отдельных звезд в этих зонах хаотичны, некоторые из них передвигаются в разных направлениях. Но если бы мы могли видеть общую картину снаружи, наша часть галактического диска напоминала бы флаг, колышущийся на ветру.

Возможно, волна – это напоминание о давнишнем столкновении нашей Галактики с другой галактикой. Или же она может быть следствием того, что вокруг Млечного Пути вращаются Магеллановы Облака – спутники нашей Галактики – и смещают его диск. Рассматривают и более экзотическую возможность, а именно – что возмущения вызваны большими массивами пресловутой темной материи (см. главу 9).

Возможно, используя данные космического телескопа «Гайя» Европейского космического агентства, вскоре мы узнаем, совершает ли Млечный Путь как целое колебательные движения. С помощью телескопа «Гайя» составят трехмерную карту нашей Галактики, и сейчас работы находятся в самом разгаре.

Начало, покрытое мраком

Как образовался Млечный Путь? Это вопрос, на который очень трудно ответить. Самым старым звездам Галактики примерно 13 миллиардов лет, если предположить, что они сформировались менее чем через миллиард лет после Большого взрыва, происшедшего 13,8 миллиарда лет назад и положившего начало Вселенной. Из Большого взрыва появился горячий, сверхплотный огненный шар, который постепенно расширялся и охлаждался. Но этот огненный шар не был полностью однородным. Из него проклюнулись мириады плотных сгустков, которые засеяли космос массивными галактиками, предстающими сегодня перед нашим взором.

Однако в деталях астрономы до конца не уверены. Образовались ли сначала звезды или небольшие звездные скопления, а затем под действием гравитации – галактики? Или же газ и пыль в молодой Вселенной сначала сформировали огромные структуры, из которых позже возникли отдельные звезды?

Хорошее соседство

Если бы в природе существовали агенты по продаже галактической недвижимости, они были бы заинтересованы в продаже Солнечной системы: собственность в тихом районе, с прекрасным видом, с большим запасом химического сырья – и никаких проблем от шумных звездных соседей.

Солнце расположилось в пригородной зоне, примерно в 26 000 световых лет от центра Галактики. Немного меньше остается до внешней границы Галактики. Вполне возможно, мы не случайно разместились в дачной зоне Млечного Пути. Некоторые ученые утверждают, что для того, чтобы жизнь развивалась на планете, ей, вероятно, нужно много элементов тяжелее водорода и гелия – чтобы создавать молекулы с различными биологическими функциями – а эти тяжелые элементы наиболее распространены ближе к центру Галактики. Поэтому планетные системы, на которых в принципе может сформироваться жизнь, не должны находиться от ядра Галактики слишком далеко. С другой стороны, для развития цивилизации может потребоваться несколько миллиардов спокойных лет, а центр Галактики таких комфортных условий из-за частых вспышек сверхновых звезд предоставить не может.