SETI: Поиск Внеземного Разума: читать начало книги онлайн

Наряду с рассеянными звездными скоплениями в диске Галактики наблюдаются разреженные группировки молодых горячих звезд, которые получили название звездных ассоциаций. Считается, что звезды ассоциации также сформировались в пределах одного облака, но не смогли объединиться в гравитационно связанное скопление.

Рис. 2.1.27. Шаровое скопление М 13 в созвездии Геркулеса.К нему было направлено радиопослание из Аресибо (см. гл.1)

Следующим, более крупным структурным образованием являются звездные комплексы, в состав которых входят несколько рассеянных звездных скоплений, ассоциаций и облаков межзвездного газа. Размер комплексов 500-1000 пк, масса 106—107 M⊙ . Все они располагаются вдоль спиральных ветвей Галактики.

Некоторые звезды сферической составляющей также группируются в скопления. В отличие от рассеянных скоплений, они имеют очень высокую концентрацию звезд к центру скопления и имеют, как правило, шаровую форму. Поэтому они получили название шаровых скоплений. По размерам шаровые скопления превосходят рассеянные, их диаметр от 15 до 200 пк. Число звезд в шаровых скоплениях также больше: сотни тысяч, а в отдельных случаях вплоть до миллиона звезд. Массы шаровых скоплений составляют 104—106 M⊙ . Концентрация звезд в центральных областях шарового скопления очень велика: в сотни тысяч раз выше, чем в окрестностях Солнца. Если бы вокруг одной из таких звезд обращалась планета, населенная разумными существами, то они, вероятно, не знали бы, что такое настоящая ночь, ибо даже после захода солнца на небе осталось бы множество светил, сияющих, как Лупа в полнолуние. Характерной особенностью шаровых скоплений является то, что они практически не содержат газа. В составе их также нет молодых звезд. Это наиболее древние объекты Галактики, возраст их порядка 10 млрд лет. В настоящее время известно около 150 шаровых скоплений. Они распределены в пространстве неоднородно, концентрируясь к центру Галактики. Как и одиночные звезды сферической составляющей (гало), шаровые скопления движутся по сильно вытянутым эллиптическим орбитам с периодом обращения 108—109 лет. Большую часть времени они проводят вдалеке от Галактического центра, но один раз за период обращения проходят через плотные центральные области Галактики.

До сих пор речь шла о звездном населении Галактики. Но, помимо звезд, важную роль в жизни Галактики играет межзвездная среда, из которой образуются и сами звезды. Она состоит из газа и пыли, перемешанных в соотношении 100 : 1 (по массе), т. е. масса пыли составляет 1 % от массы газа. Газ и пыль сосредоточены в галактическом диске. Средняя плотность газа здесь, как уже отмечалось выше, составляет 1 атом/см³. Для сравнения напомним, что в 1 см³ атмосферы у поверхности Земли содержится 3•10¹⁹ молекул. Несмотря на столь ничтожную плотность межзвездной среды, общая масса газа, занимающего огромное пространство, составляет заметную долю — около 3 % массы Галактики (без учета массы короны). Как и звезды, газ (и пыль) в диске распределены неравномерно, образуя отдельные газопылевые облака. Средний размер облаков — несколько десятков парсек. Химический состав межзвездного газа подобен солнечному. Главным компонентом является водород. Он может находиться в атомарном или молекулярном состоянии. Соответственно говорят об облаках атомарного или молекулярного водорода. Плотность газа в облаках атомарного водорода составляет 10—100 ат/см³ (в среднем 20 ат/см³), плотность в межоблачной среде порядка 0,2 ат/см³. Плотность молекулярных облаков Н₂ на много порядков выше, она может достигать 10⁶ молекул/см³, а масса таких облаков достигает миллиона солнечных масс. Так как пропорция между газом и пылью всюду остается приблизительно одинаковой, то в более плотных облаках содержится также больше пыли.

Плотные газопылевые облака не пропускают свет звезд, находящихся за ними. Поэтому они выглядят как темные области на небе, которые получили название темных туманностей. Примером может служить темная туманность «Конская голова» в созвездии Ориона (рис. 2.1.28).

Рис. 2.1.28. Темная туманность «Конская голова»

Большая часть атомарного водорода находится в нейтральном состоянии. Облака нейтрального водорода образуют так называемые области Н1. Эго холодные облака с температурой меньше 100 К. Они совсем не светятся в видимой области спектра, и если бы не радиоизлучение на волне 21 см, такие облака невозможно было бы обнаружить. К счастью, излучение в линии 21 см дает богатую информацию о распределении этих облаков в Галактике, их движении и физических условиях в них.

Рис. 2.1.29. Отражательная туманность в скоплении Плеяды

Рис. 2.1.30. Диффузная туманность NGC 2237 («Розетка») в созвездии Единорога

Если вблизи газопылевого облака находятся яркие звезды, то благодаря рассеянию света звезд на частицах пыли такие облака могут наблюдаться в виде светлых туманностей, которые получили название отражательных. Примером может служить отражательная туманность в скоплении Плеяды (рис. 2.1.29). Таким образом, отражательные туманности представляют собой газопылевые облака, подсвеченные звездами. Когда температура звезд, находящихся внутри (или вблизи) газопылевого облака, достаточно высока, они своим мощным УФ-излучением ионизируют водород. Образуется область ионизированного водорода НII. Температура в таких областях достигает 10000 К, и они являются интенсивными источниками теплового радиоизлучения. Кроме того, ионизованный водород при рекомбинациях[112] интенсивно излучает в оптической области спектра, благодаря чему зона НII светится, образуя диффузные туманности (рис. 2.1.30). Формы их необычайно разнообразны, они обладают очень богатой тонкой структурой и по красоте не уступают картинам облаков в земной атмосфере. Конечно, наблюдать их можно только с помощью телескопов. Области НI и НII, а также молекулярные облака располагаются преимущественно в спиральных ветвях Галактики.

Межзвездные молекулярные облака играют особую роль. Именно в этих плотных облаках интенсивно идет процесс образования звезд (и планетных систем). Помимо молекулярного водорода Н₂ , они содержат десятки других молекул. Среди них молекулы воды, играющей такую важную роль в известной нам водно-углеродной форме жизни, к которой принадлежим и мы сами, а также молекулы органических веществ. Причем речь идет не только о простейших органических веществах типа метана СН₄ , но и более сложных соединениях, таких как муравьиная кислота НСООН, этиловый спирт С₂Н₅ОН и др. Молекулы метиламина СН₃NН₂ , обнаруженные в межзвездной среде, являются важным звеном в формировании аминокислот, а это уже ступень к образованию белков. Чем сложнее молекула, тем труднее ее обнаружить. Поэтому неизвестно, как далеко зашла химическая эволюция в молекулярных облаках межзвездного газа и какие типы молекул там действительно существуют. Согласно гипотезе Ф. Хойла и Ч. Викрамасинга, в межзвездных молекулярных облаках могут возникать даже простейшие формы жизни. Мы подробней рассмотрим эту проблему в гл. 4.

Газовый диск Галактики пронизан галактическим магнитным полем. Напряженность его в сотни тысяч раз меньше, чем напряженность геомагнитного поля, но оно играет важную роль в физике и динамике межзвездного газа. Галактическое магнитное поле имеет довольно сложную структуру. Вдоль его силовых лучей движутся заряженные частицы космических лучей. В их состав входят электроны, протоны, позитроны, мезоны, гипероны, ядра тяжелых элементов. При движении электронов в магнитном поле излучаются радиоволны. Это один из основных механизмов радиоизлучения Галактики, в целом, и отдельных дискретных источников радиоизлучения. Космические лучи генерируются в ядре Галактики и при вспышках сверхновых. В составе Галактики они удерживаются ее магнитным полем.

Заканчивая наше знакомство с Галактикой, нам остается «заглянуть» еще в ее центральную область. Эта область радиусом около 1 кпк, носит название «Галактический центр». Внутри ее находится компактное ядро нашей Галактики размером приблизительно 20 пк (в поперечнике). Галактический центр расположен в направлении созвездия Стрельца за плотным слоем пылевых облаков, ослабляющих свет в десятки тысяч раз. Поэтому наблюдать его в оптическом диапазоне невозможно. К счастью, пылевая среда прозрачна для инфракрасного и радиоизлучения, и это позволяет наблюдать Галактический центр в указанных диапазонах волн. Подавляющая часть вещества в Галактическом центре сосредоточена в звездах. Среди них много молодых горячих звезд спектрального класса О. Это указывает на то, что в центральной области нашей Галактики интенсивно идет процесс звездообразования. Помимо звезд, в Галактическом центре имеется значительное количество газа и пыли. Эта газопылевая среда образует быстро вращающийся диск радиусом около 600 пк, наклоненный под углом 22° к галактической плоскости. Его называют «околоядерным», так как он непосредственно примыкает к ядру Галактики, расположенному в центре этого диска. Диск состоит из облаков атомарного и молекулярного водорода (перемешанных с пылью); во внутренних частях диска водород полностью ионизирован, образуя область НII радиусом 150 пк. В околоядерном диске газ движется со скоростью около 200 км/с. По-видимому, эти газовые потоки истекают из ядра Галактики.

В пределах Галактического центра находится мощный источник радиоизлучения Стрелец А. Он состоит из двух компонентов — Западного и Восточного. Источник Стрелец А Западный, занимающий область размером около 20 пк, совпадает с динамическим центром Галактики, вокруг которого вращаются входящие в нее звезды. Эта область и представляет собой ядро нашей Галактики. Внутри ядра обнаружены более компактные источники инфракрасного и радиоизлучения. Особый интерес представляет сверхкомпактный радиоисточник, обнаруженный методом радиоинтерферометрии. Его угловой размер меньше 0,001", что соответствует линейному размеру, не превышающему 10 а. е. Предполагается, что это черная дыра с массой порядка 106 M⊙ .

Ядро Галактики — это самая загадочная область нашей звездной системы. Возможно, оно играет такую же определяющую роль для Галактики, как Солнце для Солнечной системы. Роль ядер особенно хорошо видна на примере других галактик. К описанию мира галактик мы теперь и переходим.

2.1.5. Другие галактики

Еще в начале XX века известная астрономам Вселенная ограничивалась рамками нашей Галактики. Воображение с трудом улавливало контуры этой грандиозной системы, границы ее сливались с практической бесконечностью. И все-таки пытливая человеческая мысль стремилась проникнуть за эти пределы. Развернувшаяся здесь драма идей длилась почти два столетия.

Было доказано, что спиральные туманности представляют собой другие звездные системы, подобные нашей. Они стали называться галактиками (с маленькой буквы), а за нашей звездной системой сохранилось название Галактика (с большой буквы) или система Млечного Пути.

Рис. 2.1.31. Классификация галактик по Э. Хабблу

Мир галактик не менее разнообразен, чем мир звезд. Напомним, что общее число галактик в наблюдаемой области Вселенной порядка 10 млрд. По своему внешнему виду галактики делятся натри основных типа: эллиптические (Е), спиральные (S) и неправильные (Ir). Эллиптические галактики имеют форму эллипса и, в зависимости от степени сжатия, подразделяются на 8 подтипов: от сферических Е0 до очень сплюснутых Е7. Спиральные галактики, характеризующиеся наличием спиральных рукавов, делятся на нормальные спирали (5) и пересеченные спирали (SB). У первых спиральные рукава начинаются от ядра галактики, у вторых они закручиваются от краев яркой прямой перемычки, пересекающей центр галактики и выходящей далеко за пределы галактического ядра. В зависимости от характера спиральной структуры, от того, как раскручиваются спиральные ветви, как быстро они удаляются от ядра (или перемычки) — и нормальные, и пересеченные спирали подразделяются еще на несколько подтипов, обозначаемых буквами а, Ь, с ... Например, Sa, SBc и т. д. (см. рис. 2.1.31). Наша Галактика, вероятней всего, относится к типу Sb. Существует также промежуточный тип между эллиптическими галактиками и спиралями. Они получили название линзообразных (обозначаются 50). У линзообразных галактик различается ядро, диск и слабый ореол (гало) вокруг него. В наружных частях диска иногда видны зачатки (или остатки) спиральных рукавов и перемычки, а иногда наблюдается наружное кольцо. Любопытно, что этот тип галактик был предсказан теоретически, и лишь затем они были обнаружены. Наиболее многочисленны спиральные галактики (50 %), эллиптические составляют около 25 %, линзообразные — около 20 %, а на долю крупных неправильных (иррегулярных) галактик приходится только 5 %. Фотографии некоторых галактик приводятся на рис. 2.1.32-2.1.35.

Рис. 2.1.32. Эллиптические галактики

Основные типы галактик отличаются не только по своему внешнему виду, но и по составу, структуре и характеру движения. В эллиптических галактиках нет звездных дисков, они состоят как бы из одной сферической составляющей. Плотность звезд в них плавно убывает с расстоянием от центра галактики. Эти галактики практически не содержат газа, в их составе нет также молодых звезд; видимо, процесс звездообразования в них уже закончился. Звезды вращаются вокруг центра эллиптической галактики в самых различных плоскостях, а сами галактики, как целое, вращаются очень медленно. По размерам они охватывают широкий диапазон — от 3 кпк (карликовые галактики) до гигантских галактик диаметром 100 кпк. Соответственно, массы их изменяются от 106 до 1012 M⊙ , а светимость от 106 до 1011 M⊙ .

Рис. 2.1.33. Спиральные галактики

[112] Рекомбинацией называется процесс обратный ионизации, когда свободный электрон присоединяется к ионизированному атому и нейтрализует его.