Содержание

Свет первых звезд: как была открыта самая далекая галактика в известной Вселенной

Недавно открытая галактика претендует на звание самого далекого космического объекта в истории. Возможно, она состоит из первых во Вселенной звезд или скрывает в себе невероятно древнюю черную дыру

Ученые из Японии, Великобритании, Нидерландов и США обнаружили галактику, находящуюся на рекордном расстоянии от Земли. Ее свет добирался до земных телескопов более 13 млрд лет. Сейчас мы видим ее такой, какой она была всего через 300 млн лет после Большого взрыва. Возможно, ее свет — это свет древнейших звезд во Вселенной, которых астрономы еще никогда не видели.

Большой взрыв: факты и заблуждения

Чтобы объяснить, чем так важно наблюдение самых далеких галактик, поговорим о том, как появилась наблюдаемая Вселенная.

Люди, далекие от астрономии, часто неправильно представляют себе Большой взрыв и расширение Вселенной. Им кажется, что некогда пространство вообще не существовало или было свернуто в точку. А потом в этой точке произошел Большой взрыв, и из нее-то и началось расширение пространства. Эти неверные представления подкрепляет популярное сравнение Вселенной с надувающимся воздушным шариком.

Верно, что Большой взрыв — это начало расширения Вселенной. Но не было единственной точки, в которой он произошел и из которой, как шар из своего центра, раздулась Вселенная. Расширение началось во всех точках пространства сразу. Представьте себе пространство как эластичную скатерть. Если ее тянуть за все края сразу, она будет растягиваться, то есть расширяться. Но даже до начала расширения скатерть уже была протяженной (а вовсе не «свернутой в точку»). Однако расширение действительно увеличивает расстояние между любыми двумя точками: отрезок, проведенный на скатерти фломастером, становится все длиннее.

Конечно, у реального пространства едва ли есть края, и расширение происходит не потому, что за них кто-то тянет. В действительности скатерть Вселенной, скорее всего, бесконечна (мы не знаем этого точно). И если это так, то она была бесконечной и до Большого взрыва. С тех пор пространство расширилось хотя и в очень большое, но все же конечное количество раз.

Другое дело, что мир до Большого взрыва был совсем другим. В нем были какие-то поля и частицы, но не существовало даже протонов и атомов, не говоря о звездах и планетах. В этом, и только этом, смысле Большой взрыв можно считать моментом рождения Вселенной. Точнее было бы сказать — Вселенной, какой мы ее знаем.

Материал по теме

Телескоп как машина времени

Большой Взрыв произошел примерно 13,8 млрд лет назад. Уже в первую минуту начали образовываться атомные ядра. Спустя сотни тысяч лет они объединились с электронами в атомы. Свет первых звезд озарил Вселенную через сотни миллионов лет.

Все крупные галактики, в том числе и наша, начали формироваться вскоре после Большого взрыва. В этом смысле они почти ровесницы Вселенной. Но космос не оставался неизменным за прошедшие миллиарды лет. Галактики росли, сталкиваясь и сливаясь друг с другом. Погасли первые звезды, разбросав по окрестностям вещество, переработанное в термоядерных топках. Из этого пепла образовались светила второго поколения. Отгорев, они стали строительным материалом для звезд третьего поколения, к которым относится и Солнце. Наблюдая настоящее Вселенной, очень трудно восстановить ее прошлое. Это не легче, чем сказать, какие континенты, океаны и горные цепи существовали на Земле за миллиарды лет до появления человека.

К счастью, у астрономов ключ к путешествиям во времени. Он в гигантских расстояниях, которыми разделены галактики. Если свет от далекой звездной системы добирался к нам 13 млрд лет, то мы видим ее такой, какой она была 13 млрд лет назад. Вот почему «космические археологи» хотят наблюдать как можно более далекие объекты.

Материал по теме

Зыбкие дали

Правда, отличить далекий космический объект от близкого не так уж просто.

Большинство галактик выглядит в телескоп как туманные пятнышки, и поди разберись, почему одно ярче другого: потому что ближе или потому что излучает больше света. Но способ есть.

Он основан на том факте, что свет — это разновидность электромагнитных волн. Разные виды этих волн отличаются друг от друга длиной волны, то есть расстоянием между соседними гребнями. Для света оно составляет от 400 нанометров (фиолетовый свет) до 800 нанометров (красный свет). Есть и волны, которые короче световых: ультрафиолетовые, рентгеновские и, наконец, самые короткие — гамма-лучи. Длиннее световых инфракрасные и радиоволны.

И тут самое время вспомнить о расширении Вселенной. Когда пространство растягивается, растягиваются и путешествующие по нему электромагнитные волны. Их гребни отдаляются друг от друга, длина волны растет. Ультрафиолетовые лучи, испущенные далекой галактикой, добираются до Земли уже в виде света, а то и инфракрасных волн.

Разложив свет небесного тела в спектр, то есть «рассортировав» его по длинам волн, можно понять, насколько он растянулся в пути из-за расширения Вселенной. Величина, которая это характеризует, называется красным смещением и обозначается буквой z.

Зная красное смещение, можно вычислить время, которое свет провел в пути, и тем самым расстояние до объекта. Правда, простое правило «время путешествия света в годах равно расстоянию в световых годах» на таких дистанциях уже не работает. Сложные отношения между пространством, временем и гравитацией заставляют ученых уточнять само понятие расстояния и говорить отдельно о радиальном, сопутствующем и других расстояниях. Так что внезапно оказывается, что за 13 млрд лет пути свет далекой галактики в одном смысле преодолел 13 млрд световых лет, в другом 30 млрд, а в третьем и вовсе 270 млрд.

Чтобы не запутать читателя, в дальнейшем мы будем говорить не о расстоянии, а о времени путешествия света. Специалисты же и вовсе обходятся красным смещением, ни во что его не пересчитывая. Астроном говорит: «Я видел объект с z=13», и коллеги восхищенно ахают.

Материал по теме

Гостья из прошлого

Авторы нового исследования отыскали две галактики с красным смещением 12–13. Это означает, что их свет был испущен спустя всего 330–380 млн лет после Большого взрыва. Астрономы скромно обозначили эти объекты HD1 и HD2.

Красное смещение было определено не очень точно, потому что исследователи не получили спектр этих галактик, а только измерили поток света в нескольких довольно широких спектральных полосах. Даже просто обнаружить настолько тусклые галактики, выделить их из фона и отличить от сотен тысяч менее интересных объектов было очень непросто. Ученые использовали в общей сложности 1200 часов наблюдательного времени на нескольких первоклассных инструментах, включая орбитальный телескоп Spitzer. Спектральные же наблюдения столь тусклых объектов — задача еще более сложная. Она под силу разве что недавно запущенному в космос «Джеймсу Уэббу», и эти наблюдения уже заказаны.

Однако астрономы уточнили красное смещение HD1 с помощью радиотелескопа ALMA (красное смещение HD2 не уточнялось). Оказалось, что оно равно 13,27. Это означает, что свет был испущен всего через 330 млн лет после Большого взрыва и провел в пути почти 13,5 млрд лет. Это рекорд для любого космического объекта и уникальная возможность заглянуть в далекое прошлое Вселенной.

Несколько астрономов из числа первооткрывателей HD1 и HD2 уже опубликовали препринт еще одной научной статьи. В ней эксперты попытались разобраться в природе излучения своих «крестниц».

Свет и инфракрасные волны, достигшие земных телескопов, когда-то были ультрафиолетовыми лучами, но перестали ими быть из-за расширения Вселенной. Вопрос в том, что породило эти лучи.

Возможно, это излучение вещества, падающего на черную дыру массой в сотни миллионов солнц. Другими словами, HD1 и HD2 представляют собой квазары. Если так, то очень интересно, что в столь древние времена уже успели образоваться подобные «хищники». Такая «скороспелость» наложила бы жесткие ограничения на теории, объясняющие возникновение сверхмассивных черных дыр.

Материал по теме

Если звезды зажигают

Возможно также, что источник ультрафиолетовых лучей — постоянно рождающиеся молодые звезды. Но тогда получается, что, по крайней мере, HD1 выпекала звезды как пирожки: более сотни в год. Такая продуктивность многократно превосходит самые смелые ожидания. 

А может быть, эти светила рождались в обычном темпе, просто были аномально велики. Массивные звезды ярче и горячее, чем миниатюрные, и испускают больше ультрафиолета.

И тогда очень похоже, что это долгожданные звезды первого поколения. По расчетам теоретиков, первые во Вселенной звезды и были невероятно массивными, намного больше современных.

Станет ли комок вещества звездой, то есть начнутся ли в нем термоядерные реакции, зависит от его массы и состава. Сегодняшний состав космической материи облегчает «зажигание», так что загораются даже звезды, которые вдесятеро легче Солнца. Но это же обстоятельство не позволяет звездам быть массивнее Солнца в сотни и тысячи раз. Термоядерные реакции начнутся при гораздо меньшей массе, и давление света остановит оседание вещества на молодое светило.

Первичная материя, еще ни разу не прошедшая сквозь термоядерные горнила, имела другой состав. И задача стать звездой была куда сложнее. Даже объект солнечной массы не имел никакого шанса загореться и был вынужден вечно прозябать в статусе коричневого карлика. С другой стороны, и верхние ограничения на массу были мягче. Поэтому звезды первого поколения весили как сотни и тысячи солнц.

Массивные звезды сгорают очень быстро. Вряд ли хоть одно из первозданных светил протянуло дольше нескольких миллионов лет (для сравнения: возраст Солнца — около 5 млрд лет, и просуществует оно еще примерно столько же).

Поэтому пришедшие из глубокой древности лучи самых далеких галактик — единственный способ наблюдать эти давно погасшие звезды.

До сих пор ни один фотон из глубин космоса не был с уверенностью опознан как испущенный звездами первого поколения. Возможно, что HD1 и HD2 наконец помогут нам воочию увидеть свет, некогда впервые разогнавший тьму космоса.

СКОЛЬКО ВСЕЛЕННЫХ ВО ВСЕЛЕННОЙ? | Наука и жизнь

Вглядитесь в недостижимые ранее глубины Вселенной.

Любознательный пилигрим добрался до «края света» и пытается увидеть: а что же там, за краем?

Иллюстрация к гипотезе рождения метагалактик из распадающегося гигантского пузыря. Пузырь вырос до огромных размеров на стадии стремительного «раздувания» Вселенной. (Рисунок из журнала «Земля и Вселенная».)

Открыть в полном размере

Не правда ли, странное название статьи? Разве Вселенная не одна? К концу ХХ века выяснилось, что картина мироздания неизмеримо сложнее той, которая представлялась совершенно очевидной сто лет назад. Ни Земля, ни Солнце, ни наша Галактика не оказались центром Вселенной. На смену геоцентрической, гелиоцентрической и галактоцентрической системам мира пришло представление о том, что мы живем в расширяющейся Метагалактике (наша Вселенная). В ней бесчисленное множество галактик. Каждая, как и наша, состоит из десятков или даже сотен миллиардов звезд-солнц. И нет никакого центра. Обитателям каждой из галактик лишь кажется, что именно от них во все стороны разбегаются другие звездные острова. Несколько десятилетий назад астрономы могли лишь предполагать, что где-то существуют планетные системы, подобные нашей Солнечной. Сейчас — с высокой степенью достоверности называют ряд звезд, у которых обнаружены «протопланетные диски» (из них когда-нибудь сформируются планеты), и уверенно говорят об открытии нескольких планетных систем.

Процесс познания Вселенной бесконечен. И чем дальше, тем все более дерзкие, порой кажущиеся совершенно фантастическими, задачи ставят перед собой исследователи. Так почему же не предположить, что астрономы откроют когда-нибудь другие вселенные? Ведь вполне вероятно, что наша Метагалактика — это не вся Вселенная, а только какая-то ее часть…

Едва ли современные астрономы и даже астрономы очень далекого будущего смогут когда-нибудь увидеть собственными глазами другие вселенные. И все же наука уже сейчас располагает некоторыми данными о том, что наша Метагалактика может оказаться одной из множества мини-вселенных.

Вряд ли кто-нибудь сомневается в том, что жизнь и разум могут возникнуть, существовать и развиваться лишь на определенном этапе эволюции Вселенной. Трудно вообразить, что какие-то формы жизни появились раньше, чем звезды и движущиеся вокруг них планеты. Да и не всякая планета, как мы знаем, пригодна для жизни. Необходимы определенные условия: довольно узкий интервал температур, состав воздуха, пригодный для дыхания, вода… В Солнечной системе в таком «поясе жизни» оказалась Земля. А наше Солнце, вероятно, расположено в «поясе жизни» Галактики (на определенном расстоянии от ее центра).

Таким образом сфотографировано много чрезвычайно слабых (по блеску) и далеких галактик. У наиболее ярких из них удалось рассмотреть некоторые подробности: структуру, особенности строения. Блеск самых слабых из получившихся на снимке галактик — 27,5m, а точечные объекты (звезды) еще слабее (до 28,1m)! Напомним, что невооруженным глазом люди с хорошим зрением и при самых благоприятных условиях наблюдения видят звезды примерно 6m (это в 250 миллионов раз более яркие объекты, чем те, у которых блеск 27m).
Создаваемые ныне подобные наземные телескопы по своим возможностям уже сравнимы с возможностями космического телескопа Хаббла, а в чем-то даже превосходят их.
А какие условия нужны для того, чтобы возникли звезды и планеты? Прежде всего, это связано с такими фундаментальными физическими константами, как постоянная тяготения и константы других физических взаимодействий (слабого, электромагнитного и сильного). Численные значения этих констант физикам хорошо известны. Даже школьники, изучая закон всемирного тяготения, знакомятся с константой (постоянной) тяготения. Студенты из курса общей физики узнают и о константах трех других видов физического взаимодействия.

Сравнительно недавно астрофизики и специалисты в области космологии осознали, что именно существующие значения констант физических взаимодействий необходимы, чтобы Вселенная была такой, какая она есть. При других физических константах Вселенная была бы совершенно иной. Например, время жизни Солнца могло быть всего 50 миллионов лет (этого слишком мало для возникновения и развития жизни на планетах). Или, скажем, если бы Вселенная состояла только из водорода или только из гелия — это тоже сделало бы ее совершенно безжизненной. Варианты Вселенной с иными массами протонов, нейтронов, электронов никак не подходят для жизни в том виде, в каком мы ее знаем. Расчеты убеждают: элементарные частицы нам нужны именно такие, какие они есть! И размерность пространства имеет фундаментальное значение для существования как планетных систем, так и отдельных атомов (с движущимися вокруг ядер электронами). Мы живем в трехмерном мире и не могли бы жить в мире с большим или меньшим числом измерений.

Получается, что во Вселенной все будто «подогнано» так, чтобы жизнь в ней могла появиться и развиваться! Мы, конечно, нарисовали очень упрощенную картину, потому что в возникновении и развитии жизни огромную роль играют не только физика, но и химия, и биология. Впрочем, при иной физике иными могли бы стать и химия, и биология…

Все эти рассуждения приводят к тому, что в философии называют антропным принципом. Это попытка рассматривать Вселенную в «человекомерном» измерении, то есть с точки зрения его существования. Сам по себе антропный принцип не может объяснить, почему Вселенная такова, какой мы ее наблюдаем. Но он в какой-то степени помогает исследователям формулировать новые задачи. Например, удивительную «подгонку» фундаментальных свойств нашей Вселенной можно рассматривать как обстоятельство, свидетельствующее об уникальности нашей Вселенной. А отсюда, похоже, один шаг до гипотезы о существовании совершенно других вселенных, миров, абсолютно не похожих на наш. И их число в принципе может быть неограниченно огромным.

Теперь попробуем приблизиться к проблеме существования других вселенных с позиций современной космологии, науки, изучающей Вселенную как целое (в отличие от космогонии, которая исследует происхождение планет, звезд, галактик).

Вспомните, открытие того, что Метагалактика расширяется, почти сразу же привело к гипотезе о Большом взрыве (см. «Наука и жизнь» № 2, 1998 г.). Считается, что он произошел примерно 15 миллиардов лет назад. Очень плотное и горячее вещество проходило одну за другой стадии «горячей Вселенной». Так, через 1 миллиард лет после Большого взрыва из образовавшихся к тому времени облаков водорода и гелия стали возникать «протогалактики» и в них — первые звезды. Гипотеза «горячей Вселенной» основывается на расчетах, позволяющих проследить историю ранней Вселенной начиная буквально с первой секунды.

Вот что об этом писал наш известный физик академик Я. Б. Зельдович: «Теория Большого взрыва в настоящий момент не имеет сколько-нибудь заметных недостатков. Я бы даже сказал, что она столь же надежно установлена и верна, сколь верно, что Земля вращается вокруг Солнца. Обе теории занимали центральное место в картине мироздания своего времени, и обе имели много противников, утверждавших, что новые идеи, заложенные в них, абсурдны и противоречат здравому смыслу. Но подобные выступления не в состоянии препятствовать успеху новых теорий».

Это было сказано в начале 80-х годов, когда уже делались первые попытки существенно дополнить гипотезу «горячей Вселенной» важной идеей о том, что происходило в первую секунду «творения», когда температура была выше 1028 К. Сделать еще один шаг к «самому началу» удалось благодаря новейшим достижениям физики элементарных частиц. Именно на стыке физики и астрофизики стала развиваться гипотеза «раздувающейся Вселенной» (см. «Наука и жизнь» № 8, 1985 г.). По своей необычности гипотеза «раздувающейся Вселенной» может быть вполне отнесена к числу самых «сумасшедших». Однако из истории науки известно, что именно такие гипотезы и теории нередко становятся важными вехами на пути развития науки.

Суть гипотезы «раздувающейся Вселенной» в том, что в «самом начале» Вселенная чудовищно быстро расширялась. За какие-нибудь 10-32 с размер рождающейся Вселенной вырос не в 10 раз, как это полагалось бы при «нормальном» расширении, а в 1050 или даже в 101000000 раз. Расширение происходило ускоренно, а энергия в единице объема оставалась неизменной. Ученые доказывают, что начальные моменты расширения происходили в «вакууме». Слово это здесь поставлено в кавычках, поскольку вакуум был не обычным, а ложным, ибо трудно назвать обычным «вакуум» плотностью10 77 кг/м3! Из такого ложного (или физического) вакуума, обладавшего удивительными свойствами (например, отрицательным давлением), могла образоваться не одна, а множество метагалактик (в том числе, конечно, и наша). И каждая из них — это мини-вселенная со своим набором физических констант, своей структурой и другими присущими ей особенностями (подробнее об этом см. «Земля и Вселенная» № 1, 1989 г.).

Но где же эти «родственники» нашей Метагалактики? По всей вероятности, они, как и наша Вселенная, образовались в результате «раздувания» домен («домены» от французского domaine — область, сфера), на которые немедленно разбилась очень ранняя Вселенная. Поскольку каждая такая область раздулась до размеров, превышающих нынешний размер Метагалактики, то их границы удалены одна от другой на огромные расстояния. Возможно, ближайшая из мини-вселенных находится от нас на расстоянии порядка 1035 световых лет. Напомним, что размер Метагалактики «всего» 1010 световых лет! Получается, что не рядом с нами, а где-то очень-очень далеко друг от друга существуют иные, вероятно, совершенно диковинные, по нашим понятиям, миры. ..

Итак, возможно, что мир, в котором мы живем, значительно сложнее, чем предполагалось до сих пор. Вполне вероятно, что он состоит из бесчисленного множества вселенных во Вселенной. Об этой Большой Вселенной, сложной, удивительно многообразной, мы пока практически ничего не знаем. Но одно все-таки, кажется, знаем. Какими бы ни были далекие от нас другие мини-миры, каждый из них реален. Они не вымышлены, подобно некоторым модным ныне «параллельным» мирам, о которых сейчас нередко толкуют люди, далекие от науки.

Ну, а что же все-таки, в конце концов, получается? Звезды, планеты, галактики, метагалактики все вместе занимают лишь самое крошечное место в безграничных просторах чрезвычайно разреженного вещества… И больше во Вселенной ничего нет? Уж слишком просто… В это как-то даже трудно поверить.

И астрофизики уже давно что-то ищут во Вселенной. Наблюдения свидетельствуют о существовании «скрытой массы», какой-то невидимой «темной» материи. Ее нельзя увидеть даже в самый мощный телескоп, но она проявляет себя своим гравитационным воздействием на обычное вещество. Еще совсем недавно астрофизики предполагали, что в галактиках и в пространстве между ними такой скрытой материи примерно столько же, сколько и наблюдаемого вещества. Однако в последнее время многие исследователи пришли к еще более сенсационному выводу: «нормального» вещества в нашей Вселенной — не более пяти процентов, остальное — «невидимки».

Предполагают, что из них 70 процентов - это равномерно распределенные в пространстве квантомеханические, вакуумные структуры (именно они обусловливают расширение Метагалактики), а 25 процентов — различные экзотические объекты. Например, черные дыры малой массы, почти точечные; очень протяженные объекты — «струны»; доменные стенки, о которых уже мы упоминали. Но кроме таких объектов «скрытую» массу могут составлять целые классы гипотетических элементарных частиц, например «зеркальных частиц». Известный российский астрофизик академик РАН Н. С. Кардашев (когда-то очень давно мы с ним оба были активными членами астрономического кружка при Московском планетарии) предполагает, что из «зеркальных частиц» может состоять невидимый нами «зеркальный мир» со своими планетами и звездами. А вещества в «зеркальном мире» примерно в пять раз больше, чем в нашем. Оказывается, у ученых есть некоторые основания предполагать, что «зеркальный мир» как бы пронизывает наш. Вот только найти его пока не удается.

Идея почти сказочная, фантастическая. Но как знать, может быть, кто-нибудь из вас — нынешних любителей астрономии — станет исследователем в грядущем ХХI веке и сумеет раскрыть тайну «зеркальной Вселенной».

Публикации по теме в «Науке и жизни»

Шульга В. Космические линзы и поиск темного вещества во Вселенной. — 1994, № 2.

Ройзен И. Вселенная между мгновением и вечностью. — 1996, №№ 11, 12.

Сажин М., Шульга В. Загадки космических струн. — 1998, № 4.

ВИДИМ ЛИ МЫ ВСЕЛЕННУЮ? | Наука и жизнь

Наука и жизнь // Иллюстрации

Одна из лучших современных астрофизических обсерваторий — Европейская южная обсерватория (Чили). На снимке: уникальный инструмент этой обсерватории — «Телескоп новых технологий» (NТТ).

Фотография обратной стороны 3,6-метрового главного зеркала «Телескопа новых технологий».

Этот телескоп (диаметр его зеркала 8,2 метра) входит в четверку, которую называют «Очень большой телескоп». Он установлен на горе Параналь (Чили).

Спиральная галактика NGC 1232 в созвездии Эридана (расстояние до нее около 100 млн световых лет). Размер — 200 световых лет.

Перед вами огромный, возможно, раскаленный до сотен миллионов градусов по Кельвину газовый диск (его диаметр около 300 световых лет).

Открыть в полном размере

Странный, казалось бы, вопрос. Разумеется, мы видим и Млечный Путь и другие, более близкие к нам звезды Вселенной. Но вопрос, поставленный в заглавии статьи, на самом-то деле не так уж прост, а потому постараемся разобраться в этом.

Яркое Солнце днем, Луна и звездная россыпь на ночном небе всегда привлекали к себе внимание человека. Судя по наскальным рисункам, на которых древнейшие живописцы запечатлели фигуры наиболее приметных созвездий, уже тогда люди, по крайней мере наиболее любознательные из них, вглядывались в таинственную красоту звездного неба. И уж конечно проявляли интерес к восходу и заходу Солнца, к загадочным изменениям вида Луны… Вероятно, так зарождалась «примитивно-созерцательная» астрономия. Произошло это на много тысяч лет раньше, чем возникла письменность, памятники которой стали для нас уже документами, свидетельствующими о зарождении и развитии астрономии.

Сначала небесные светила, может быть, были только предметом любопытства, потом — обожествления и, наконец, стали помогать людям, выполняя роль компаса, календаря, часов. Серьезным поводом для философствования о возможном устройстве Вселенной могло стать открытие «блуждающих светил» (планет). Попытки разгадать непонятные петли, которые описывают планеты на фоне якобы неподвижных звезд, привели к построению первых астрономических картин или моделей мира. Апофеозом их по праву считается геоцентрическая система мира Клавдия Птолемея (II век н. э.). Древние астрономы пытались (в основном безуспешно) определить (но еще не доказать!), какое место Земля занимает по отношению к семи известным тогда планетам (таковыми считались Солнце, Луна, Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн). И только Николаю Копернику (1473-1543) это наконец удалось.

Птолемея называют создателем геоцентрической, а Коперника — гелиоцентрической системы мира. Но принципиально эти системы отличались только содержащимися в них представлениями о расположении Солнца и Земли по отношению к истинным планетам (Меркурию, Венере, Марсу, Юпитеру, Сатурну) и к Луне.

Коперник, по существу, открыл Землю как планету, Луна заняла подобающее ей место спутника Земли, а центром обращения всех планет оказалось Солнце. Солнце и движущиеся вокруг него шесть планет (включая Землю) — это и была Солнечная система, какой ее представляли в XVI веке.

Система, как мы теперь знаем, далеко не полная. Ведь в нее кроме известных Копернику шести планет входят еще Уран, Нептун, Плутон. Последний был открыт в 1930 году и оказался не только самой далекой, но и самой маленькой планетой. Кроме того, в Солнечную систему входят около сотни спутников планет, два пояса астероидов (один — между орбитами Марса и Юпитера, другой, недавно открытый, — пояс Койпера — в области орбит Нептуна и Плутона) и множество комет с разными периодами обращения. Гипотетическое «Облако комет» (что-то вроде сферы их обитания) находится, по разным оценкам, на расстоянии порядка 100-150 тысяч астрономических единиц от Солнца. Границы Солнечной системы соответственно многократно расширились.

В начале 2002 года американские ученые «пообщались» со своей автоматической межпланетной станцией «Пионер-10», которая была запущена 30 лет назад и успела улететь от Солнца на расстояние 12 млрд километров. Ответ на радиосигнал, посланный с Земли, пришел через 22 ч 06 мин (при скорости распространения радиоволн около 300 000 км/сек). Учитывая сказанное, «Пионеру-10» еще долго придется лететь до «границ» Солнечной системы (конечно, достаточно условных!). А дальше он полетит к ближайшей на его пути звезде Альдебаран (самая яркая звезда в созвездии Тельца). Туда «Пионер-10», возможно, домчится и доставит заложенные в нем послания землян только через 2 млн лет…

От Альдебарана нас отделяют не менее 70 световых лет. А расстояние до самой близкой к нам звезды (в системе a Центавра) всего 4,75 светового года. Сегодня даже школьникам надлежит знать, что такое «световой год», «парсек» или «мегапарсек». Это уже вопросы и термины звездной астрономии, которой не только во времена Коперника, но и много позже просто не существовало.

Предполагали, что звезды — далекие светила, но природа их была неизвестна. Правда, Джордано Бруно, развивая идеи Коперника, гениально предположил, что звезды — это далекие солнца, причем, возможно, со своими планетными системами. Правильность первой части этой гипотезы стала совершенно очевидной только в XIX веке. А первые десятки планет около других звезд были открыты лишь в самые последние годы недавно закончившегося XX века. До рождения астрофизики и до применения в астрономии спектрального анализа к научной разгадке природы звезд просто невозможно было приблизиться. Вот и получалось, что звезды в прежних системах мира почти никакой роли не играли. Звездное небо было своеобразной сценой, на которой «выступали» планеты, а о природе самих звезд особо не задумывались (иногда упоминали о них, как… о «серебряных гвоздиках», воткнутых в твердь небесную). «Сфера звезд» была своеобразной границей Вселенной и в геоцентрической и в гелиоцентрической системе мира. Вся Вселенная, естественно, считалась видимой, а то, что за ее пределами, — «царствие небесное»…

Сегодня мы знаем, что невооруженным глазом видна лишь ничтожная часть звезд. Белесоватая полоса, протянувшаяся через все небо (Млечный Путь), оказалась, как догадывались еще некоторые древние греческие философы, множеством звезд. Наиболее яркие из них Галилей (в начале XVII века) различил даже с помощью своего весьма несовершенного телескопа. По мере увеличения размеров телескопов и их совершенствования астрономы получали возможность постепенно проникать в глубь Вселенной, как бы зондируя ее. Но далеко не сразу стало понятно, что звезды, наблюдаемые в разных направлениях неба, имеют какое-то отношение к звездам Млечного Пути. Одним из первых, кому удалось это доказать, был английский астроном и оптик В. Гершель. Поэтому с его именем связывают открытие нашей Галактики (ее иногда так и называют — Млечный Путь). Однако увидеть целиком нашу Галактику простому смертному, видимо, не дано. Конечно, достаточно заглянуть в учебник астрономии, чтобы обнаружить там ясные схемы: вид Галактики «сверху» (с отчетливой спиральной структурой, с рукавами, состоящими из звезд и газово-пылевой материи) и вид «сбоку» (в этом ракурсе наш звездный остров напоминает двояковыпуклую линзу, если не вдаваться в некоторые детали строения центральной части этой линзы). Схемы, схемы… А где же хотя бы одна фотография нашей Галактики?

Гагарин был первым из землян, кто увидел нашу планету из космического пространства. Теперь, наверное, каждый видел фотографии Земли из космоса, переданные с борта искусственных спутников Земли, с автоматических межпланетных станций. Сорок один год минул со времени полета Гагарина, и 45 лет со дня запуска первого ИСЗ — начала космической эры. Но и поныне никто не знает, сможет ли когда-нибудь человек увидеть Галактику, выйдя за ее пределы… Для нас это вопрос из области фантастики. А потому вернемся к реальности. Но только при этом, пожалуйста, подумайте о том, что всего лишь лет сто назад нынешняя реальность могла показаться самой невероятной фантастикой.

Итак, открыты Солнечная система и наша Галактика, в которой Солнце — одна из триллионов звезд (невооруженным глазом на всей небесной сфере видно около 6000 звезд), а Млечный Путь — проекция части Галактики на небесную сферу. Но подобно тому, как в XVI веке земляне поняли, что наше Солнце — самая рядовая звезда, мы теперь знаем, что наша Галактика — одна из множества ныне открытых других галактик. Среди них, как и в мире звезд, есть гиганты и карлики, «обычные» и «необычные» галактики, относительно спокойные и чрезвычайно активные. Они находятся на громадных расстояниях от нас. Свет от самой близкой из них мчится к нам почти два миллиона триста тысяч лет. А ведь эту галактику мы видим даже невооруженным глазом, она в созвездии Андромеды. Это очень большая спиральная галактика, похожая на нашу, и поэтому ее фотографии в какой-то степени «компенсируют» отсутствие снимков нашей Галактики.

Почти все открытые галактики удается рассмотреть лишь на фотографиях, полученных с помощью современных наземных телескопов-гигантов или космических телескопов. Применение радиотелескопов и радиоинтерферометров помогло существенно дополнить оптические данные. Радиоастрономия и внеатмосферная рентгеновская астрономия приоткрыли завесу над тайной процессов, происходящих в ядрах галактик и в квазарах (самых далеких из известных ныне объектов нашей Вселенной, почти неотличимых от звезд на фотографиях, полученных с помощью оптических телескопов).

В чрезвычайно огромном и практически скрытом от глаз мегамире (или в Метагалактике) удалось открыть его важные закономерности и свойства: расширение, крупномасштабную структуру. Все это несколько напоминает другой, уже открытый и во многом разгаданный микромир. Там исследуются совсем близкие к нам, но тоже невидимые кирпичики мироздания (атомы, адроны, протоны, нейтроны, мезоны, кварки). Познав устройство атомов и закономерности взаимодействия их электронных оболочек, ученые буквально «оживили» Периодическую систему элементов Д. И. Менделеева.

Самое важное то, что человек оказался способным открыть и познать непосредственно не воспринимаемые им миры различных масштабов (мегамир и микромир).

В этом контексте астрофизика и космология вроде бы не оригинальны. Но тут мы приближаемся к самому интересному.

«Занавес» издавна известных созвездий открылся, унося с собой последние потуги нашего «центризма»: геоцентризма, гелиоцентризма, галактикоцентризма. Мы сами, как и наша Земля, как Солнечная система, как Галактика, — всего лишь «частицы» невообразимой по обыденным масштабам и по сложности структуры Вселенной, именуемой «Метагалактика». Она включает в себя множество систем галактик разной сложности (от «двойных» до скоплений и сверхскоплений). Согласитесь, что при этом осознание масштаба собственной ничтожной величины в необъятном мегамире не унижает человека, а, наоборот, возвышает мощь его Разума, способного открыть все это и разобраться в том, что было открыто ранее.

Казалось бы, пора и успокоиться, поскольку современная картина строения и эволюции Метагалактики в общих чертах создана. Однако, во-первых, она таит в себе много принципиально нового, ранее неведомого для нас, а во-вторых, не исключено, что кроме нашей Метагалактики есть и другие мини-вселенные, образующие пока еще гипотетическую Большую Вселенную…

Может быть, на этом стоит пока остановиться. Потому что нам бы сейчас, как говорится, со своей Вселенной разобраться. Дело в том, что она в конце ХХ века преподнесла астрономии большой сюрприз.

Тем, кто интересуется историей физики, известно, что в начале ХХ века некоторым великим физикам показалось, будто бы их титанический труд завершен, ибо все главное в этой науке уже открыто и исследовано. Правда, на горизонте оставалась пара странных «облачков», но мало кто предполагал, что они вскоре «обернутся» теорией относительности и квантовой механикой… Неужели что-то подобное ожидает астрономию?

Вполне вероятно, потому что наша Вселенная, наблюдаемая с помощью всей мощи современных астрономических инструментов и вроде бы уже довольно основательно изученная, может оказаться лишь вершиной вселенского айсберга. А где же его остальная часть? Как могло возникнуть столь дерзкое предположение о существовании еще чего-то громадного, материального и совершенно доселе неизвестного?

Вновь обратимся к истории астрономии. Одной из ее триумфальных страниц было открытие планеты Нептун «на кончике пера». Гравитационное воздействие какой-то массы на движение Урана натолкнуло ученых на мысль о существовании неизвестной еще планеты, позволило талантливым математикам определить ее местоположение в Солнечной системе, а потом точно указать астрономам, где ее искать на небесной сфере. И в дальнейшем гравитация оказывала астрономам подобные услуги: помогала открывать разные «диковинные» объекты — белых карликов, черные дыры. Так вот и теперь исследование движения звезд в галактиках и галактик в их скоплениях привело ученых к выводу о существовании таинственного невидимого («темного») вещества (а может быть, вообще какой-то неведомой нам формы материи), и запасы этого «вещества» должны быть колоссальными.

По наиболее смелым оценкам, все то, что мы наблюдаем и учитываем во Вселенной (звезды, газово-пылевые комплексы, галактики и т. д.), составляет лишь 5 процентов от массы, которая «должна была бы быть» по расчетам, основанным на законах гравитации. Эти 5 процентов включают весь известный нам мегамир от пылинок и распространенных в космосе атомов водорода до сверхскоплений галактик. Некоторые астрофизики относят сюда даже всепроникающие нейтрино, считая, что, несмотря на их небольшую массу покоя, нейтрино своим бессчетным количеством вносят определенный вклад все в те же 5 процентов.

Но, может быть, «невидимое вещество» (или по крайней мере часть его, неравномерно распределенная в пространстве) — это масса потухших звезд или галактик либо таких невидимых космических объектов, как черные дыры? В какой-то мере подобное допущение не лишено смысла, хотя недостающие 95 процентов (или, по другим оценкам, 60-70 процентов) восполнить не удастся. Астрофизики и космологи вынуждены перебирать различные другие, в основном гипотетические, возможности. Наиболее фундаментальные идеи сводятся к тому, что значительная часть «скрытой массы» — это «темное вещество», состоящее из не известных нам элементарных частиц.

Дальнейшие исследования в области физики покажут, какие элементарные частицы кроме тех, которые состоят из кварков (барионы, мезоны и др.) или являются бесструктурными (например, мюоны), могут существовать в природе. Разгадать эту загадку будет, вероятно, легче, если объединить силы физиков, астрономов, астрофизиков, космологов. Немалые надежды возлагаются на данные, которые могут быть получены уже в ближайшие годы в случае успешных запусков специализированных космических аппаратов. Например, планируется запустить космический телескоп (диаметр 8,4 метра). Он сможет зарегистрировать огромное число галактик (до 28-й звездной величины; напомним, что невооруженным глазом видны светила до 6-й звездной величины), а это позволит построить карту распределения «скрытой массы» по всему небу. Из наземных наблюдений тоже можно извлечь определенную информацию, поскольку «скрытое вещество», обладая большой гравитацией, должно искривлять лучи света, идущие к нам от далеких галактик и квазаров. Обрабатывая на компьютерах изображения таких источников света, можно зарегистрировать и оценить невидимую гравитирующую массу. Подобного рода обзоры отдельных участков неба уже сделаны. (См. статью академика Н. Кардашева «Космология и проблемы SETI», недавно опубликованную в научно-популярном журнале президиума РАН «Земля и Вселенная», 2002, № 4.)

В заключение вернемся к вопросу, сформулированному в названии данной статьи. Думается, что после всего сказанного вряд ли на него можно уверенно дать положительный ответ… Древнейшая из самых древних наук — астрономия только начинается.


За пределами нашей Солнечной системы — Исследование Солнечной системы НАСА

Звезды, галактики, черные дыры и многое другое

БОЛЕЕ Изучение Вселенной

Другие солнечные системы

Наша галактика Млечный Путь — всего лишь одна из миллиардов галактик во Вселенной. Внутри него находится не менее 100 миллиардов звезд, и в среднем вокруг каждой звезды вращается как минимум одна планета. Это означает, что внутри галактики потенциально могут быть тысячи планетарных систем, таких как наша Солнечная система!

Введение

Наше Солнце — одна из не менее 100 миллиардов звезд Млечного Пути, спиральной галактики диаметром около 100 000 световых лет. А где мы в Млечном Пути? Наше Солнце находится рядом с небольшим частичным рукавом, называемым Рукавом Ориона, или Шпорой Ориона, расположенным между рукавами Стрельца и Персея.

Звезды расположены в виде вертушки с четырьмя основными рукавами, и мы живем в одном из них, на расстоянии примерно двух третей от центра наружу. Считается, что у большинства звезд в нашей галактике есть свои собственные семейства планет.

Галактика Млечный Путь — всего лишь одна из миллиардов галактик во Вселенной.

Вселенная — это огромное пространство, в котором содержится все сущее. Вселенная содержит все галактики, звезды и планеты. Точный размер Вселенной неизвестен. Ученые считают, что Вселенная все еще расширяется вовне.

Иди дальше. Подробное исследование за пределами Солнечной системы ›

Десять вещей, которые нужно знать

10 вещей, которые нужно знать о Вселенной

1

Большое открытие

Изучение звезд Эдвином Хабблом показало, что наша галактика — когда-то считавшаяся целой вселенной — на самом деле является одной из миллиардов в расширяющейся вселенной.

2

Небольшое значение

Девяносто пять процентов Вселенной составляют темная энергия и темная материя. Остальное — все на Земле, все планеты и звезды и все прочее — составляет оставшиеся пять процентов.

3

Много ничего

Наша Вселенная в основном состоит из пустого пространства. Галактики и скопления галактик, из которых состоит видимая Вселенная, сосредоточены в сложном каркасе, окружающем огромные пустые пространства.

Первое изображение черной дыры

4

Космическое соседство

Галактика Млечный Путь входит в Местную группу, в которую входят около 30 галактик. Ближайшая к нам крупная соседняя галактика называется Андромеда.

5

Больше планет, чем звезд

Мы знаем о тысячах планет – экзопланет – , вращающихся вокруг других звезд в нашей галактике. Когда вы смотрите в ночное небо, каждая звезда, которую вы видите, имеет в среднем по крайней мере одну планету.

6

Общая спираль

Около двух третей известных галактик имеют спиралевидную форму, как наша галактика Млечный Путь. Большинство остальных имеют эллиптическую (овальную) форму, а некоторые имеют необычную форму, например, зубочистки или кольца.

7

Многие галактики

Наблюдения космического телескопа Хаббла (на фото) крошечного участка космоса (доля диаметра Луны) выявили более 5500 галактик.

8

Кто-нибудь там?

Ученые ищут другие планетарные системы, которые могут иметь потенциал для жизни. Пока что Земля остается единственной планетой, на которой, как известно, есть жизнь.

9

Побег невозможен

В центре нашей галактики находится сверхмассивная черная дыра. Черная дыра — это большое количество материи, упакованное на очень маленьком участке, что приводит к настолько сильному гравитационному полю, что ничто, даже свет, не может покинуть ее.

10

Миллиарды и миллиарды

Во Вселенной может быть сто миллиардов галактик. Галактика полна звезд: наше Солнце — всего лишь одна из как минимум ста миллиардов звезд в нашей собственной галактике Млечный Путь.

Тысячи галактик

Часто задаваемые вопросы: насколько велик космос?

Часто задаваемые вопросы: насколько велик космос?

Мы позволим нашим коллегам из Exoplanet Exploration (поиск планет, вращающихся вокруг других звезд):

  • Читайте: Наша галактика Млечный Путь: насколько велик космос?

Что такое галактика?

Галактики представляют собой скопления звезд, газа, пыли и темной материи. Они бывают разных форм и размеров. Некоторым суждено столкнуться, например, Млечному Пути и Андромеде. Авторы и права: НАСА и Дж. Олмстед (STScI)

Какие виды галактик существуют?

Астрономы делят галактики на три основные категории: эллиптические, спиральные и неправильные. Эти галактики охватывают широкий диапазон размеров, от карликовых галактик, содержащих всего лишь 100 миллионов звезд, до гигантских галактик с более чем триллионом звезд.

Эллиптические галактики, на долю которых приходится около трети всех галактик, варьируются от почти круглых до очень вытянутых. Они обладают сравнительно небольшим количеством газа и пыли, содержат более старые звезды и больше не образуют активных звезд. Самые большие и самые редкие из них, называемые гигантскими эллиптическими, имеют диаметр около 300 000 световых лет. Астрономы предполагают, что они образуются в результате слияния более мелких галактик. Гораздо чаще встречаются карликовые эллиптические объекты, ширина которых составляет всего несколько тысяч световых лет.

Спиральные галактики выглядят как плоские бело-голубые диски из звезд, газа и пыли с желтоватыми выпуклостями в центре. Эти галактики делятся на две группы: обычные спирали и спирали с перемычкой. В спиралях с перемычкой полоса звезд проходит через центральную выпуклость. Рукава спиралей с перемычкой обычно начинаются на конце перемычки, а не от утолщения. Спирали активно формируют звезды и составляют большую часть всех галактик в локальной вселенной.

Неправильные галактики, в которых очень мало пыли, не имеют ни дисковой, ни эллиптической формы. Астрономы часто видят неправильные галактики, заглядывая глубоко во Вселенную, что эквивалентно оглядыванию назад во времени. Эти галактики были многочисленны в ранней Вселенной, до того, как появились спиральные и эллиптические.

Помимо этих трех классических категорий, астрономы также идентифицировали множество галактик необычной формы, которые, по-видимому, находятся в переходной фазе галактического развития. К ним относятся те, которые находятся в процессе столкновения или взаимодействия, и те, у которых активные ядра выбрасывают струи газа.

На этом рисунке сравниваются иллюстрации трех основных типов галактик (вверху) с реальными фотографиями галактик (внизу), которые соответствуют категориям. Авторы и права: А. Фейлд (STScI)

Что такое темная материя?

В конце 1970-х астроном Вера Рубин сделала неожиданное открытие темной материи. Она изучала вращение галактик, когда поняла, что огромная спиральная Галактика Андромеды, казалось, вращается странно. В явном нарушении законов Ньютона и Кеплера вещество на краях галактики двигалось так же быстро, как и вещество вблизи центра, хотя большая часть массы, которую она могла видеть, была сосредоточена в центре. Некоторая дополнительная невидимая масса, получившая название темной материи, по-видимому, удерживает галактику вместе. Вскоре она обнаружила, что огромный ореол темной материи присутствует в галактике за галактикой, которые она исследовала.

На этом детальном изображении нашего ближайшего галактического соседа, галактики Андромеды, содержится более 100 миллионов разрешенных звезд и тысячи звездных скоплений. Панорама простирается от центральной выпуклости галактики через полосы звезд и пыли к более разреженному внешнему диску. Авторы и права: НАСА, ЕКА, Дж. Далкантон, Б. Ф. Уильямс и Л. К. Джонсон (Вашингтонский университет), команда PHAT и Р. Гендлер. ВЫПУСК НОВОСТЕЙ: 2015-02 >

Почти полвека спустя ученые до сих пор не знают, что такое темная материя. Однако они знают, что темная материя составляет около 84 процентов материала Вселенной. Его невидимое и вездесущее присутствие влияет на то, как звезды движутся внутри галактик, как галактики тянут друг друга и как материя слипалась воедино в ранней Вселенной.

Одним из лучших доказательств существования темной материи является скопление галактик 1E 0657-556, также известное как Скопление Пули. Это скопление образовалось после столкновения двух больших скоплений галактик, самого энергичного события, известного во Вселенной со времен Большого взрыва. Поскольку основные компоненты пары скоплений — звезды, газ и кажущаяся темная материя — ведут себя по-разному во время столкновения, ученые смогли изучить их по отдельности.

Звезды галактик, которые телескопы Хаббл и Магеллан наблюдали в видимом свете, почти не пострадали от столкновения и прошли насквозь. Горячий газ от двух сталкивающихся скоплений, наблюдаемый рентгеновской обсерваторией Чандра в рентгеновском диапазоне, содержит большую часть обычного вещества пары скоплений. Поскольку газы взаимодействуют электромагнитным образом, газы обоих скоплений замедлились гораздо больше, чем звезды. Третий элемент в этом столкновении, темная материя, был обнаружен косвенно с помощью гравитационного линзирования фоновых объектов.

Темная материя по определению не взаимодействует электромагнитно (т. е. со светом) — она темная! Таким образом, во время столкновения сгустки темной материи из двух скоплений тихо скользят друг мимо друга, как и звезды, оставляя горячий газ (большую часть обычной материи) позади. Гравитационное линзирование осталось с темной материей, а не с газом. Если бы горячий газ был самым массивным компонентом в скоплениях, такого эффекта не было бы видно. Вместо этого наблюдения кажутся первым прямым доказательством существования темной материи.

Скопление Пуля образовалось в результате столкновения двух больших скоплений галактик. Горячий газ, обнаруженный «Чандрой» в рентгеновском излучении, виден на изображении в виде двух розовых сгустков и содержит большую часть «нормального», или барионного, вещества в двух скоплениях. Сгусток в форме пули справа — это горячий газ из одного скопления, который во время столкновения прошел через горячий газ из другого, большего скопления. Оптическое изображение, полученное телескопами Хаббл и Магеллан, показывает галактики оранжевым и белым цветом. Синие области на этом изображении показывают, где астрономы находят большую часть массы в скоплениях. Большая часть материи в скоплениях (синяя) явно отделена от обычной материи (розовая), что прямо указывает на то, что почти вся материя в скоплениях темная. Авторы и права: Рентген: NASA/CXC/M.Markevitch et al.; Оптика: NASA/STScI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe и др.; Карта линз: NASA/STScI; ЭСО ВФИ; Magellan/U.Arizona/D.Clowe et al. ВЫПУСК НОВОСТЕЙ: 2006-39>

Могут ли галактики столкнуться?

Хотя расстояния между галактиками кажутся большими, диаметры галактик тоже. По сравнению со звездами галактики расположены относительно близко друг к другу. Они взаимодействуют и даже сталкиваются. Когда галактики сталкиваются, они проходят друг через друга; их звезды не врезаются друг в друга из-за огромных расстояний между ними. Однако гравитационные взаимодействия между сталкивающимися галактиками могут создать новые волны звездообразования, сверхновых и даже черных дыр. Столкновения действительно искажают форму галактики, и компьютерные модели показывают, что столкновения между спиральными галактиками могут в конечном итоге привести к образованию эллиптических галактик.

Этот небесный огненный шторм представляет собой пылающие обломки столкновения двух спиральных галактик, которое началось несколько сотен миллионов лет назад. Столкновение стянуло темную пыль в длинные нити, протянувшиеся через галактики. Он также сжал огромные облака газа и пыли, вызвав бурное образование новых звезд в галактиках. Авторы и права: НАСА, ЕКА и группа «Наследие Хаббла» (STScI/AURA) — Совместная работа ЕКА/Хаббла СООБЩЕНИЕ ДЛЯ НОВОСТЕЙ: 2006–46 >

Через четыре миллиарда лет наша собственная галактика Млечный Путь обречена на столкновение с соседней спиральной галактикой Андромеды. галактика. Солнце, скорее всего, будет отброшено в новый регион нашей галактики, но Земле и Солнечной системе ничего не угрожает. Андромеда, также известная как M31, сейчас находится на расстоянии 2,5 миллиона световых лет от нас, но она неумолимо падает к Млечному Пути под действием взаимного притяжения двух галактик и невидимой темной материи, которая их окружает.

Компьютерное моделирование, полученное на основе данных Хаббла, показывает, что взаимодействующим галактикам потребуется еще два миллиарда или более лет после встречи, чтобы полностью слиться под действием гравитации. Они превратятся в единую эллиптическую галактику, подобную той, что обычно наблюдается в локальной вселенной. Моделирование показывает, что наша Солнечная система, вероятно, будет отброшена намного дальше от галактического ядра, чем сегодня.

Чтобы усложнить ситуацию, третья по величине галактика в Местной группе, галактика Треугольника или M33, присоединится к столкновению и, возможно, позже сольется с парой Андромеды/Млечного Пути. Есть небольшой шанс, что M33 первой столкнется с Млечным Путем.

На этой иллюстрации изображено ночное небо через 3,75 миллиарда лет, когда приближается галактика Андромеды. В этот момент Андромеда заполняет поле зрения, и Млечный Путь начинает демонстрировать искажения из-за притяжения Андромеды. Авторы и права: НАСА, ЕКА, З. Левей и Р. ван дер Марел (STScI), Т. Халлас и А. Меллингер. ВЫПУСК НОВОСТЕЙ: 2012–2020 >

Как формируются галактики?

Внешний вид и состав галактик формируются на протяжении миллиардов лет в результате взаимодействия с группами звезд и другими галактиками. Хотя мы не знаем наверняка, как образовались галактики и приняли те формы, которые мы видим сейчас, у нас есть некоторые идеи об их происхождении и эволюции. Используя суперкомпьютеры, ученые могут заглянуть в прошлое и смоделировать, как галактика могла сформироваться в ранней Вселенной и превратиться в то, что мы видим сегодня.

Наблюдения астронома Эдвина Хаббла привели к мысли, что Вселенная расширяется. Ученые оценивают возраст Вселенной в 13,8 миллиарда лет, основываясь на скорости расширения. Поскольку чем глубже вы смотрите в космос, тем дальше вы заглядываете в прошлое, мы можем сделать вывод, что галактики на расстоянии нескольких миллиардов световых лет образовались довольно скоро после Большого взрыва. Хотя большинство галактик образовались рано, данные показывают, что некоторые галактики сформировались в течение последних нескольких миллиардов лет — относительно недавно по космическим меркам.

Ранняя Вселенная была заполнена в основном водородом и гелием, причем некоторые области были немного более плотными, чем другие. Эти плотные области немного замедляли расширение Вселенной, позволяя водороду и гелию накапливаться в небольшие облака, кружащиеся в пространстве. Гравитация заставила газ в этих облаках коллапсировать и образовать первое поколение звезд. Эти первые звезды быстро сгорели.

Гравитация продолжала сжимать облака. По мере того как другие облака приближались друг к другу, гравитация заставляла их сталкиваться друг с другом и объединяла облака в более крупные вращающиеся стаи. По мере того, как облака разрушались, они превращались во вращающиеся диски, в которых накапливалось больше газа и пыли. Образовались новые звезды, создав обширные спиральные рукава, заполненные колониями звезд. По периферии были разбросаны шаровые скопления вместе с ореолом газа, пыли и темной материи.

Хотя Хаббл не может увидеть самые первые галактики, он может отслеживать развитие галактик на протяжении большей части космического времени. Серия изображений Hubble Deep Field и другие глубокие исследования выявили галактики на самых разных расстояниях во Вселенной и, следовательно, в разное время их развития. Дальние галактики, замеченные ранее во времени, имеют менее развитую структуру. Ближайшие галактики, наблюдаемые позже во времени, вырастают и напоминают знакомые формы галактик, которые мы видим в локальной вселенной.

Спиральные галактики, выбранные из Глубокого обзора происхождения Великих обсерваторий (GOODS), сгруппированы по расстоянию до них и, следовательно, по времени, когда они были замечены. Изменение структуры за миллиарды лет видно визуально. Авторы и права: НАСА, ЕКА, Ф. Саммерс и З. Левай (STScI)

Вернуться к началу

Galaxies—факты и информация

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

1 / 12

1 / 12

Композитное изображение галактики Мессье 81 (M81) показывает то, что астрономы называют спиральной галактикой «великого замысла», где каждый из ее рукавов полностью загибается в свою центр. Расположенная примерно в 12 миллионах световых лет от нас в созвездии Большой Медведицы, M81 является одной из самых ярких галактик, видимых в телескоп с Земли.

Составное изображение галактики Мессье 81 (M81) показывает то, что астрономы называют спиральной галактикой «великого замысла», где каждый из ее рукавов полностью загибается к центру. Расположенная примерно в 12 миллионах световых лет от нас в созвездии Большой Медведицы, M81 является одной из самых ярких галактик, видимых в телескоп с Земли.

Фотография предоставлена ​​NASA/JPL-Caltech/ESA/Harvard-Smithsonian CfA

Галактики представляют собой растянутые системы из пыли, газа, темной материи и от миллиона до триллиона звезд, удерживаемых вместе гравитацией. Считается, что почти все крупные галактики также содержат в своих центрах сверхмассивные черные дыры. В нашей собственной галактике, Млечном Пути, Солнце является лишь одной из примерно 100–400 миллиардов звезд, вращающихся вокруг Стрельца A*, сверхмассивной черной дыры, масса которой равна массе четырех миллионов солнц.

Чем глубже мы смотрим в космос, тем больше галактик видим. Согласно одному исследованию 2016 года, наблюдаемая Вселенная содержит два триллиона — или два миллиона миллионов — галактик. Некоторые из этих далеких систем похожи на нашу собственную галактику Млечный Путь, а другие совсем другие.

Типы галактик

До 20-го века мы не знали, что существуют другие галактики, кроме Млечного Пути; ранее астрономы классифицировали их как «туманности», поскольку они выглядели как нечеткие облака. Но в 19В 20-х годах астроном Эдвин Хаббл показал, что «туманность» Андромеды сама по себе является галактикой. Поскольку она находится так далеко от нас, свету Андромеды требуется более 2,5 миллионов лет, чтобы преодолеть разрыв. Несмотря на огромное расстояние, Андромеда является ближайшей большой галактикой к нашему Млечному Пути, и она достаточно яркая на ночном небе, чтобы ее можно было увидеть невооруженным глазом в Северном полушарии.

В 1936 году Хаббл представил способ классификации галактик, сгруппировав их в четыре основных типа: спиральные галактики, линзовидные галактики, эллиптические галактики и неправильные галактики.

Более двух третей всех наблюдаемых галактик являются спиральными галактиками. Спиральная галактика имеет плоский вращающийся диск с центральной выпуклостью, окруженной спиральными рукавами. Это вращательное движение со скоростью в сотни километров в секунду может привести к тому, что вещество в диске приобретет характерную спиральную форму, подобную космической вертушке. Наш Млечный Путь, как и другие спиральные галактики, имеет прямолинейную звездную полосу в центре.

Эллиптические галактики имеют форму, как следует из их названия: обычно они круглые, но могут вытягиваться вдоль одной оси дольше, чем вдоль другой, настолько, что некоторые из них приобретают сигарообразный вид. Крупнейшие известные галактики Вселенной — гигантские эллиптические галактики — могут содержать до триллиона звезд и простираться на два миллиона световых лет в поперечнике. Эллиптические галактики также могут быть маленькими, и в этом случае их называют карликовыми эллиптическими галактиками.

Эллиптические галактики содержат много старых звезд, но мало пыли и другого межзвездного вещества. Их звезды вращаются вокруг галактического центра, как и в дисках спиральных галактик, но они делают это в более случайных направлениях. Известно, что в эллиптических галактиках образуется несколько новых звезд. Они распространены в скоплениях галактик.

Линзообразные галактики, такие как легендарная галактика Сомбреро, расположены между эллиптическими и спиральными галактиками. Их называют линзообразными, потому что они напоминают линзы: как и спиральные галактики, они имеют тонкий вращающийся диск из звезд и центральную выпуклость, но у них нет спиральных рукавов. Подобно эллиптическим галактикам, в них мало пыли и межзвездного вещества, и они, по-видимому, чаще образуются в густонаселенных областях космоса.

Галактики, которые не являются спиральными, линзообразными или эллиптическими, называются неправильными галактиками. Галактики неправильной формы, такие как Большое и Малое Магеллановы Облака, окружающие наш Млечный Путь, кажутся деформированными и лишенными четкой формы, часто потому, что они находятся в гравитационном влиянии других ближайших галактик. Они полны газа и пыли, что делает их прекрасными рассадниками для формирования новых звезд.

Галактические скопления и слияния

Некоторые галактики встречаются поодиночке или парами, но чаще они являются частью более крупных ассоциаций, известных как группы, скопления и сверхскопления. Наш Млечный Путь, например, находится в Местной группе, группе галактик диаметром около 10 миллионов световых лет, которая также включает галактику Андромеды и ее спутники. Местная группа и соседнее с ней скопление галактик, Скопление Девы, находятся в более крупном Сверхскоплении Девы, скоплении галактик, простирающемся примерно на 100 миллионов световых лет в поперечнике. Сверхскопление Девы, в свою очередь, является частью Ланиакеи, еще более крупного сверхскопления из 100 000 галактик, которое астрономы определили в 2014 году9.0003

Галактики в скоплениях часто взаимодействуют и даже сливаются в динамичном космическом танце взаимодействующей гравитации. Когда две галактики сталкиваются и смешиваются, газы могут течь к галактическому центру, что может вызвать такие явления, как быстрое звездообразование. Наш Млечный Путь сольется с галактикой Андромеды примерно через 4,5 миллиарда лет.

Поскольку эллиптические галактики содержат более старые звезды и меньше газа, чем спиральные галактики, кажется, что типы галактик представляют собой часть естественной эволюции: поскольку спиральные галактики стареют, взаимодействуют и сливаются, они теряют свои привычные формы и становятся эллиптическими галактиками. Но астрономы все еще разбираются в деталях, например, почему эллиптические галактики следуют определенным закономерностям в яркости, размере и химическом составе.

Происхождение галактики

Первые звезды Вселенной вспыхнули примерно через 180 миллионов лет после Большого взрыва, взрывного момента 13,8 миллиардов лет назад, который знаменует собой происхождение Вселенной, какой мы ее знаем. Гравитация сформировала форму первых галактик к тому времени, когда Вселенной исполнилось 400 миллионов лет, или менее 3 процентов от ее нынешнего возраста.

Теперь астрономы считают, что почти все галактики — за возможными исключениями — окружены огромными ореолами темной материи. Теоретические модели также предполагают, что в ранней Вселенной огромные щупальца темной материи обеспечивали нормальную материю гравитационным каркасом, необходимым для объединения в первые галактики.

Но остаются открытыми вопросы о том, как формируются галактики. Некоторые считают, что галактики образовались из меньших скоплений примерно в один миллион звезд, известных как шаровые скопления, в то время как другие считают, что сначала образовались галактики, а позже образовались шаровые скопления. Также трудно вычислить, сколько звезд данной галактики образовалось на месте из собственного газа по сравнению с образованием в другой галактике и присоединением к группе позже.

Позволяя астрономам заглянуть в самые дальние уголки Вселенной — и в самые ранние моменты — такие инструменты, как космический телескоп Джеймса Уэбба НАСА, должны помочь разрешить назревшие вопросы.

Читать дальше

Знакомство с последними каменщиками соборов Англии

  • Путешествия

Знакомство с последними каменщиками соборов Англии

Работа каменщика далеко не одномерна.