Знание-сила, 2003 № 05 (911)

Так наша Галактика выглядит сбоку:

1 - ось вращения; 2 - корана; 3 - галактический центр; 4 - галактический экватор;

5 - Солнце; б - тонкий диск; 7 - толстый диск; 8 - гало; 9 - шаровое скопление; 10 - звезды гало; 11 - балдж

Спиральная структура нашей Галактики (вид сверху):

12 - внешний рукав;

13 - рукав Персея;

14 - рукав Ориона

Под действием гравитации протогалактика сжалась и стала плоской; при этом ее вращение заметно ускорилось.

Почти два десятилетия эта модель устраивала ученых. Однако новые данные наблюдений показали, что Млечный Путь не мог возникнуть так, как ему предписали теоретики.

Согласно этой модели, сперва образуется гало, а потом — галактический диск. Однако в диске тоже встречаются очень древние звезды, например, красный гигант Арктур, чей возраст более десяти миллиардов лет, или многочисленные белые карлики того же возраста.

И в галактическом диске, и в гало обнаружены шаровые скопления, которые моложе, чем допускает модель ELS. Очевидно, они поглощены нашей Галактикой позднее.

Многие звезды в гало вращаются в ином направлении, нежели Млечный Путь. Возможно, они тоже находились когда-то за пределами Галактики, но потом были втянуты в этот «звездный вихрь», словно случайный пловец в водоворот.

* Вероятно, Млечный Путь формировался дольше, чем считали прежде.

* В компьютерных моделях более плотная, центральная часть газового облака сжималась стремительнее, чем его оболочка.

* Позднее Космический телескоп имени Хаббла заглянул в самые отдаленные и древние уголки Вселенной. Наблюдения показали, что протогалактики часто сталкиваются.

* Наконец, модель ELS не учитывала темную материю.

В 1978 году Леонард Сирл и Роберт Цинн предложили свою модель становления Млечного Пути. Ее обозначили как «модель SZ». Теперь история Галактики заметно усложнилась. Еще недавно ее молодость, в представлении астрономов, описывалась столь же просто, как во мнении физиков — прямолинейное поступательное движение. Механика происходящего была отчетливо видна: имелось однородное облако, оно состояло лишь из равномерно разлившегося газа. Ничто своим присутствием не усложняло расчеты теоретиков.

Теперь вместо одного огромного облака в видениях ученых возникли сразу несколько небольших, причудливо разбросанных облаков. Среди них виднелись и звезды; правда, они располагались лишь в гало. Внутри гало все бурлило: облака сталкивались, газовые массы перемешивались и уплотнялись. Через несколько миллиардов лет из этой смеси образовался галактический диск. В нем стали возникать новые звезды. Так, из газового «теста» и «изюминок»-звезд был испечен наш галактический «пудинг».

Однако и это творение космических «кулинаров» раскритиковали.

* Так, невозможно было понять, что связывало гало и галактический диск. Этот сгущавшийся диск и реденькая звездная оболочка вокруг него имели так же мало общего, как пирог и бумага, в которую он был завернут. Уже после того как Сирл и Цинн составили свою модель, выяснилось, что гало вращается слишком медленно, чтобы из него образовался галактический диск. Судя по распределению химических элементов, последний возник из протогалактического газа. Наконец, момент количества движения диска оказался в десять раз выше, чем гало.

* Любая модель тем и хороша, что в отведенных ей пределах предсказывает прошлое и будущее, то есть — прогностична. Модель SZ — нет. Согласно ей, при зарождении крупной галактики возникает несколько сотен карликовых галактик. Однако их наблюдается десяток-другой. Итак, в теории все выглядит стройно: образуются галактические скопления, галактики и их крохотные «кусочки» — карликовые галактики. На самом деле, с последними — явная нехватка.

Весь секрет в том, что обе модели содержат зерно истины. Вся беда в том, что они слишком просты и односторонни. Обе они кажутся теперь фрагментами одного и того же рецепта, по которому был сотворен Млечный Путь. Эгген и его коллеги прочитали несколько одних строк из этого рецепта, Сирл и Цинн — несколько других. Поэтому, пытаясь заново представить историю нашей Галактики, мы то и дело замечаем знакомые, уже читанные однажды строки.

Темные скрепы Галактики

Все началось вскоре после Большого Взрыва. «Сегодня принято полагать, что флуктуации плотности темной материи породили первые структуры, связанные действием гравитации, — так называемые темные гало, — отмечает немецкий астроном Андреас Буркерт, автор новой модели рождения Галактики.

Темные гало стали зародышами — ядрами — будущих галактик. Их масса составляла от ста миллионов до десяти миллиардов солнечных масс, они были размером с карликовую галактику. Вокруг них под действием гравитации скапливался газ. Происходил однородный коллапс, как описывает его модель ELS.

Уже через 500 — 1000 миллионов лет после Большого Взрыва темные гало и газовые скопления вокруг них стали «инкубаторами» звезд. Здесь возникли небольшие протогалактики. В плотных облаках газа появились первые шаровые скопления, ведь звезды рождались здесь в сотни раз чаше, чем где-либо. Протогалактики сливались друг с другом — так образовались крупные галактики, в том числе наш Млечный Путь. Сегодня он окружен темной материей, древним гало и шаровыми скоплениями звезд, руинами мироздания, чей возраст достигает тринадцати миллиардов дет.

В протогалактиках было много очень массивных звезд. Не прошло и нескольких десятков миллионов лет, как многие из них взорвались. Эти взрывы обогатили облака газа тяжелыми химическими элементами. (Поэтому в галактическом диске будут рождаться не такие звезды, как в гало, они станут содержать в сотни раз больше металлов.)

Кроме того, эти взрывы породили мощные галактические вихри, которые разогревали газ и выметали его за пределы протогалактик. Вокруг них образовались раскаленные пузыри газа. Так произошло разделение газовых масс и темной материи. Это была важнейшая стадия формирования галактик, не учтенная прежде ни в одной модели.

«Если газовые массы покидали темные гало до образования галактики, то они сохраняли свой момент количества движения, тогда как звезды, оставшиеся в гало, теряли его, поэтому сейчас их момент количества движения намного ниже, чем у галактического диска», — поясняет Буркерт.

Шаровые скопления звезд. Насчитывают от 10 тысяч до миллиона звезд, удерживаемых лишь силой гравитации. По оценкам астрономов, насчитывается, очевидно, около трехсот шаровых скоплений, но в каталоги пока внесено лишь 170 скоплений. Они обращаются вокруг галактического центра, причем движутся по самым причудливым траекториям и часто пересекают диск. Гало. Это — эллипсоид диаметром более 600 тысяч световых лет, окружающий галактический диск. Вращается гало очень медленно. Его масса составляет от двух до шести триллионов солнечных масс. Гало состоит из одиночных звезд, их шаровых скоплений и газовых облаков, причем общая масса звезд не превышает миллиарда солнечных масс. Однако в основном гало состоит из темной материи. Снаружи оно окружено «короной» — слоем водородной плазмы, выброшенной при взрывах сверхновых звезд.