§ 29.  ДРУГИЕ ГАЛАКТИКИ

1. Открытие других галактик. В начале XX в. было до­казано, что некоторые туманные пятна, видимые в телескоп в разных участках неба, находятся вне нашей Галактики и представляют собой другие галактики, каждая из которых, подобно нашей, состоит из многих миллиардов звезд. Огром­ные расстояния, отделяющие Солнечную систему от этих миров, почти лишают нас возможности видеть их невоору­женным глазом. Зато телескоп раскрывает перед человеком поистине глубины Вселенной: крупнейшим современным те­лескопам доступна область Вселенной, в которой находятся миллиарды галактик. Исследованием мира галактик зани­мается внегалактическая астрономия. Подобно физике эле­ментарных частиц, проникающей в тайны невидимого ми­кромира, внегалактическая астрономия изучает разнообраз­ные, очень далекие от нас, не видимые невооруженным гла­зом космические объекты безграничного мегамира, непре­рывно расширяя наши представления о Вселенной.

2*. Определение размеров, расстояний и масс галактик. Один из методов определения расстояния до галактик основан на определении видимых и абсолютных звездных величин цефеид, новых и сверхновых звезд, открываемых в других галактиках. По формуле (41) можно вычислить расстояние до тех галактик, в которых обнаружены цефе­иды, новые и сверхновые звезды.

Обозначив расстояние до галактики через r, линей­ный диаметр — D, угловой диаметр — d˝, легко вывести следующую формулу для определения диаметра галак­тики:

 

                                                                                                                 (51)

 

 

где D и г выражены в парсеках, a d˝ — в секундах дуги.

Линейный диаметр Туманности Андромеды не менее 40 кпк, т. е.  превышает диаметр нашей Галактики.

Смещение спектральных линий, наблюдаемое в различ­ных частях какой-нибудь близкой к нам галактики, свиде­тельствует о том, что галактики вращаются. Если область галактики, расположенная на окраине (на расстоянии R от ее центра), имеет линейную скорость вращения v, то центростремительное ускорение этой области будет . Приравняем его  к  гравитационному  ускорению,   получаемому  из  закона всемирного тяготения  , где М — масса ядра галактики:

 

,

 

 

отсюда найдем массу ядра галактики:

 

.                                                                                                                 (52)

 

 

Масса всей галактики на один-два порядка больше массы ее ядра. Например, масса ядра галактики в созвездии Андромеды порядка1040 кг (примерно 1010 масс Солнца), а всей галактики — примерно в 100 раз больше (такова же примерно и масса нашей Галактики).

3. Многообразие галактик. Мир галактик поражает своим разнообразием. Галактики резко отличаются разме­рами, числом входящих в них звезд, светимостями, внеш­ним видом. Они обозначаются номерами, под которыми их вносят в каталоги. Одни и те же галактики фигурируют в разных каталогах под разными номерами. Например, М 31, М 82 (каталог  Мессье) или NGC 224, NGC 3034 («Новый об­щий каталог» — New General Catalogue).

По внешнему виду галактики условно разделены на три основных типа: эллиптические, спиральные и неправиль­ные.

Пространственная форма эллиптических галактик — эл­липсоиды с разной степенью сжатия. Среди эллипти­ческих галактик встречаются гигантские и карликовые. Почти четверть всех изученных галактик относится к эл­липтическим. Это наиболее простые по структуре галактики. Распределение звезд в них равномерно убывает от центра, пыли и газа почти нет. Самые яркие звезды — красные ги­ганты.

Рис. 97. Туманность Андромеды.

Рис. 98. Галактика «Водоворот» в созвездии Гончих Псов.

Спиральные галактики — самый многочисленный тип галактик (рис. 97, 98). К нему относятся наша Галактика и гигантская Туманность Андромеды (М 31 или NGC 224, рис. 97), удаленная от нас примерно на 2,5 млн. св. лет. Это одна из немногих галактик, видимых невооруженным глазом. Массы спиральных галактик — по­рядка 109—1012 масс Солнца. Ближайшая к нам галактика М 31 не только красива, но и опасна. Через несколько миллионов  лет  она  может  столкнуться  с  Галактикой...

Неправильные галактики не имеют центральных ядер и не обнаруживают закономерностей в своем строении. Жители Южного полушария Земли могут невооруженным глазом видеть две неправильные галактики — Большое и Малое Магеллановы Облака, являющиеся спутниками на­шей Галактики (рис. 99). Они находятся сравнительно неда­леко от нас, на расстоянии всего лишь в полтора раза боль­шем диаметра Галактики. Магеллановы Облака значительно меньше нашей Галактики по массе и размерам. Изучение Магеллановых Облаков позволяет получить ценнейшие сведе­ния о звездах, звездных скоплениях и диффузной материи. Вспомните, например, об открытии сверхновой звезды в Большом Магеллановом Облаке (с. 151).

Рис. 99. Неправильные галактики: Большое(слева) и Малое(справа) Магеллановы Облака(соответственно в созвездиях Золотой Рыбы и Тукана).

Нередко встречаются и другие виды галактик, которые но своим свойствам отличаются от эллиптических, спираль­ных и неправильных. Таковы, например, взаимодействующие галактики. Они обычно находятся на не­больших расстояниях друг от друга, связаны «мостами» из светящейся материи, иногда как бы пронизывают одна другую.

4. Радиогалактики и активность ядер галактик. Некото­рые галактики обладают исключительно мощным радиоизлу­чением, превосходящим видимое излучение. Это радио­галактики. Одна из них находится в созвездии Лебедя (Лебедь А). Ее видимая звездная величина — примерно 18m (будучи столь слабым объектом в оптическом диапазоне, эта галактика даже не была внесена в каталог NGC). Но абсо­лютная звездная величина галактики Лебедь А, находя­щейся от нас на расстоянии около 200 Мпк, достигает -20,5m. Это такая же гигантская система, как и наша Га­лактика. Но, в отличие от нашей и других «нормальных» галактик, Лебедь А излучает в радиодиапазоне больше энер­гии, чем в оптическом диапазоне. В Лебеде А видно два ядра, образование которых скорее всего связано с мощным взрывом в центре этой галактики (хотя, возможно, это ре­зультат столкновения двух галактик).

Другой известный источник радиоизлучения — шаровая галактика NGC 5128 в созвездии Центавра (рис. 100). На фотографии этой галактики четко выделяются огромные об­лака темной пылевой материи, которые как бы разделяют галактику на две части.

Рис. 100. Радиогалактика Центавр А.

Рис. 101. Радиогалактика Дева А.

Водной из ближайших к нам радиогалактик (Дева А; М 87 или NGC 4486) хорошо видна газовая струя, устрем­ленная из ядра (рис. 101). Длина струи достигает несколь­ких тысяч световых лет, внутри нее заметны отдельные сгу­щения.

Еще недавно считалось, что самые грандиозные проявле­ния взрывных процессов — вспышки сверхновых. Однако при взрывах в ядрах галактик выделяется во много раз больше энергии. Наблюдаемая активность ядер галактик проявляется в следующих основных формах: непрерывное истечение потоков вещества; выбросы сгустков газа и обла­ков газа с массой в миллионы солнечных масс; нетепловое (т. е. не связанное с нагреванием) радиоизлучение из около­ядерной области; взрывы, превращающие галактику в ра­диогалактику. Причина активности ядер галактик пока не выяснена. На протяжении многих лет активность ядер га­лактик в нашей стране исследовали академик В. А. Амбарцумян (1908—1996) и его ученики.

5.  Квазары. Радионаблюдения привели в 1963 г. к от­крытию удивительных звездоподобных источников радиоиз­лучения. Они были названы квазарами. Сейчас их открыто более тысячи. Самый яркий квазар, имеющий обо­значение ЗС 273 (ЗС — сокращенное название третьего Кем­бриджского каталога радиоисточников), виден как звезда 12,6m. В действительности этот квазар, находящийся от нас на расстоянии около 3 млрд. св. лет, излучает больше энер­гии в оптическом диапазоне, чем самые яркие галактики. Светимость этого квазара в 500 раз превосходит светимость галактики в Андромеде. В радиодиапазоне мощность излуче­ния ЗС 273 сравнима с радиоизлучением Лебедя А. Кроме того, этот квазар оказался одним из самых мощных источ­ников рентгеновского излучения. Сравнивая между собой старые фотографии участка звездного неба, полученные в то время, когда эта «слабая звезда» ничем не привлекала к себе внимание, обнаружили, что блеск квазара не оста­вался постоянным. Это позволило оценить размеры квазара. Они не превышают одного светового года. Следовательно, квазар, по крайней мере, больше обычных звезд, но гораздо меньше, например, нашей Галактики. Квазары не похожи на обычные звезды и своими мас­сами. Вычисления показывают, что массы квазаров дости­гают многих миллионов солнечных масс. Чтобы вызвать и длительное время поддерживать сверхмощное излучение квазаров, требуется энергия, которую не может обеспечить ни один из известных ныне источников, включая термоядерный синтез. Свет и радиоизлучение от самых далеких из извест­ных ныне квазаров идет к нам более 10 млрд. лет. Скорее всего квазары это исключительно активные ядра очень далеких галактик.