Galaktiki za Mlechnym Putem
Galaktiki za Mlechnym Putem
R.C.Kraan-Korteweg
i O.Lahav
perevod Igorya
Drozdovskogo
|
|
TEMY:
Pripodnyat' vual'
KARTINKI: Galaktika
|
|
|
V temnuyu noch', vdali ot gorodskih ognei, my mozhem legko videt' disk nashei Galaktiki (Mlechnyi Put'), mercayushii svet ot kotorogo v vide shirokoi polosy peresekaet ves' nebosklon. Eto diffuznoe svechenie prihodit kak ot neskol'kih soten milliardov zvezd, tak i v rezul'tate rasseyan'ya sveta na kroshechnyh chastichkah pyli i gaza v mezhzvezdnom prostranstve. My nahodimsya na rasstoyanii poryadka 8 kpk ot centra nashei Galaktiki v blizi ot serediny etogo diska. Dlya astronomov, izuchayushih vnegalakticheskuyu Vselennuyu vblizi ploskosti Mlechnogo Puti, etot voshititel'nyi svet yavlyaetsya postoyannym istochnikom golovnoi boli. Delo v tom, chto disk ne propuskaet okolo 20% ot vsego kosmicheskogo izlucheniya, mezhdu tem v etih 20% skryto dovol'no mnogo interesnogo.
Naprimer, gde-to za diskom nahodyatsya vazhnye chasti dvuh samyh bol'shih struktur v lokal'noi Vselennoi: sverhskoplenie galaktik v cisteme Persei-Pech' i "Velikii Attraktor", gigantskaya aglomeraciya veshestva, ch'e sushestvovanie bylo vyyavleno iz analiza dvizhenii v kosmose neskol'kih tysyach galaktik. Nablyudeniya vyyavili znachitel'noe chislo yarkih i blizkih galaktik, nahodyashihsya v napravlenii na Mlechnyi Put'. Mozhno ozhidat' takzhe soblaznitel'no bol'shoe chislo eshe ne vyyavlennyh blizkih galaktik, skryvayushihsya za diskom nashei Galaktiki. Bez znaniya togo, chto nahoditsya za etim ekranom, issledovateli ne mogut sostavit' polnuyu kartu raspredeleniya veshestva v nashei chasti Kosmosa. Eto v svoyu ochered' meshaet razreshit' nekotorye naibolee vazhnye voprosy v kosmologii. Kakovy razmery kosmicheskih struktur? Kak oni formiruyutsya? Kakova sovokupnaya plotnost' veshestva vo Vselennoi?
Svet skvoz' Mlechnyi Put'
Tol'ko v poslednie gody astronomy pridumali metody, pozvolyayushie zaglyanut' za disk i vosstanovit' skrytye chasti Vselennoi, priblizivshis' k ponimaniyu togo, kakie effekty dolzhen okazyvat' disk Mlechnogo Puti na zakryvaemye im chasti. Nesmotrya na to, chto eta dostatochno slozhnaya zadacha eshe daleka ot razresheniya, nekotorye effektnye otkrytiya poslednego vremeni pokazali, chto vse eti usiliya stoyat togo. Naprimer, astronomy obnaruzhili novuyu galaktiku, kotoraya mogla by dominirovat' na nashem nebe, esli by ee svet ne pogloshalsya diskom. Takzhe oni obnaruzhili dosele neizvestnoe kolossal'noe skoplenie galaktik i dazhe smogli brosit' pervyi vzglyad na yadro neulovimogo Velikogo Attraktora.
Osoznanie fakta poglosheniya sveta galaktik diskom Mlechnogo Puti vpervye prishlo posle togo kak astronomy stali razlichat' vneshnie galaktiki i vnutrennie tumannosti, i te i drugie vidimye kak prosto slabye protyazhennye ob'ekty. Tak kak galaktiki v te vremena otkryvali povsyudu, krome zony Mlechnogo Puti, eta oblast' byla nazvana "zona izbeganiya". Uchenye seichas znayut, chto vneshnie galaktiki sostoyat iz neskol'kih milliardov zvezd i beschetnogo kolichestva oblakov gaza i pyli. V zone izbeganiya svet ot galaktik obychno teryaetsya v svete ogromnogo chisla fonovyh zvezd ili pogloshaetsya pyl'yu nashei Galaktiki.
Astronomy, zanimayushiesya vnegalakticheskoi astrofizikoi, kak pravilo izbegayut nablyudat' v etoi zone, slishkom nasyshennoi fonovymi ob'ektami po sravneniyu s drugimi oblastyami neba. Povorot v soznanii proizoshel 20 let nazad, kogda byli provedeny nablyudeniya, davshie namek na to, chto my teryaem. Prostye izmereniya kosmicheskogo fonovogo izlucheniya, yavlyayushegosya ostatkom ot bol'shogo vzryva, pokazali 180 gradusnuyu assimetriyu, izvestnuyu kak dipol'. Ona proyavlyaetsya v nagreve na 0.1% kosmicheskogo fonovogo izlucheniya po sravneniyu so srednim v odnom napravlenii i v takom zhe ohlazhdenii v protivopolozhnoi storone. Eti izmereniya byli podtverzhdeny issledovaniyami na sputnike Cosmic Background Explorer v period s 1989 po 1990, svidetel'stvuyushimi o tom, chto nasha galaktika i ee sosedi, sostavlyayushie tak nazyvaemuyu Mestnuyu Gruppu, dvizhutsya so skorost'yu okolo 600 km/s v napravlenii sozvezdiya Gidra. Eto napravlenie bylo polucheno posle popravki za vse izvestnye dvizheniya, kak to: vrashenie Solnca vokrug centra Galaktiki i dvizhenie nashei Galaktiki po napravleniyu k ee sosedke, spiral'noi galaktike Andromeda.
Dwingeloo 1Kakova prichina etogo dvizheniya, kotoroe proyavlyaetsya v nebol'shom otklonenii ot "odnorodnogo" rasshireniya Vselennoi? Galaktiki sobirayutsya v gruppy i skopleniya, kotorye v svoyu ochered' sostavlyayut sverhskopleniya, ostavlyaya drugie oblasti lishennymi galaktik. Neodnorodno raspredelennaya massa veshestva, okruzhayushaya Mestnuyu Gruppu mozhet vyzvat' nesbalansirovannoe prityazhenie, tyanushie MG v odnom napravlenii. Na pervyi vzglyad kazhetsya trudno poverit', chto galaktiki mogut vliyat' drug na druga cherez ogromnye rasstoyaniya, razdelyayushie ih. No pri uchete ih mass okazyvaetsya, chto galaktiki blizhe drug k drugu, chem individual'nye zvezdy vnutri nashei Galaktiki.
Ozhidaemaya skorost' Mestnoi Gruppy mozhet byt' podschitana iz summirovaniya gravitacionnyh sil, proizvodimyh vsemi izvestnymi galaktikami. Nesmotrya na to, chto rezul'tiruyushii vektor nahoditsya vnutri 20 gradusov nablyudaemogo kosmicheskogo fonovogo dipolya, vychisleniya ostayutsya sil'no neodnoznachnymi, chastichno iz-za togo, chto ne berutsya v rasschet galaktiki za zonoi izbeganiya.
Zatyanuvsheesya raznoglasie mezhdu napravleniem na dipol' i ozhidaemym vektorom skorosti vynudili astronomov vvodit' "attraktory". Odna issledovatel'skaya gruppa, pozdnee upominavshayasya kak "Sem' Samuraev", ispol'zovala dvizheniya soten galaktik dlya zaklyucheniya o sushestvovanii Velikogo Attraktora nahodyashegosya na rasstoyanii okolo 60 Mpk [sm., naprimer, "The Large-Scale Streaming of Galaxies," Alan Dressler'a; Scientific American, September 1987]. Mestnaya Gruppa po-vidimomu poimana v kosmicheskoe sostyazanie mezhdu Velikim Attraktorom i nahodyashemsya na takom zhe rasstoyanii sverhskoplenii Persei-Pech'. Dlya togo, chtoby znat', kotoroe iz nih vyigraet eto gravitacionnuyu voinu astronomam nado vyyasnit' massu skrytyh chastei etih struktur.
Oba iz nih yavlyayutsya komponentami dlinnoi cepochki galaktik, izvestnyh pod nazvaniem "Sverhgalakticheskaya ploskost'". Formirovanie podobnoi megastruktury tesno svyazano s prirodoi nevidimoi temnoi materii, kotoraya sostavlyaet osnovnuyu massu Vselennoi. V cepochkah galaktik vo Vselennoi veroyatnee vsego preobladayut chasticy tak-nazyvaemoi goryachei temnoi materii (vrode massivnyh neitrino), a ne holodnoi temnoi materii (takie kak aksiony, ili drugie gipoteticheskie chasticy). No astronomy ne mogut sdelat' odnoznachnyi vybor mezhdu etimi dvumya vozmozhnostyami do teh por, poka ne sdelayut polnuyu kartu struktur.
Pripodnimaya vual'
Pri rassmotrenii dvizheniya osnovnoi massy Mestnoi Gruppy nel'zya ignorirovat' ni odnu iz blizkih galaktik. V silu togo, chto sila prityazheniya zavisit ot kvadrata rasstoyaniya do ob'ekta, osnovnoi vklad vnosyat imenno blizkie galaktiki nesmotrya na ih nebol'shie massy. Lyubopytno, chto pyat' iz vos'mi samyh yarkih galaktik lezhat v zone izbeganiya; oni nastol'ko blizki i yarki, chto ih svet probivaet zavesu. Eti galaktiki prinadlezhat k gruppam Centavr A i IC342/Maffei, blizkih sosedei nashei Mestnoi Gruppy. Pomimo izvestnyh chlenov etih grupp, kotoryh astronomy umudryayutsya nablyudat', sushestvuyut veroyatno eshe mnogo drugih, chei svet polnost'yu blokiruetsya nashei Galaktikoi.
Nesomnenno, nasha nablyudatel'naya poziciya mogla byt' eshe huzhe. Esli by my zhili v blizkoi galaktike Andromeda, neprozrachnaya chast' sil'no by ne izmenilas', no my by ne smogli tak chetko videt' skoplenie galaktik v Deve (Virgo). No dazhe zakorenelyi optimist dolzhen soglasit'sya s tem, chto nam v nekotorom stepeni i ne povezlo. Tak kak orbita Solnca naklonena k ploskosti Galaktiki, Solnechnaya Sistema prinimaet uchastie v epiciklicheskom dvizhenii nad i pod ploskost'yu. V dannyi moment my smesheny tol'ko na 10 pk ot nee. Esli by my rodilis' 15 millionov let nazad, my by nahodilis' pochti na 100 parsek vyshe ploskosti -- vne tolstogo pogloshayushego sloya -- i mogli by videt' odnu storonu segodnyashnei zony izbeganiya. Cherez 35 millionov let my peresechem disk Mlechnogo Puti i okazhemsya na drugoi storone.
Bol'shinstvo astronomov ne hochet zhdat' tak dolgo, chtoby izuchat' vnegalakticheskoe nebo za zonoi izbeganiya. Chto v to zhe vremya oni mogut delat' ? Pervyi shag -- tshatel'noe izuchenie sushestvuyushih opticheskih izobrazhenii. Pyl' v zone izbeganiya ne polnost'yu zaslonyaet kazhduyu galaktiku; u chasti galaktik svet probivaetsya k nam, hotya oni i vyglyadyat znachitel'no oslablennymi i nevzrachnymi pri priblizhenii k seredine galakticheskoi ploskosti. Neobychnyi vid etih galaktik v kombinacii s vysokoi plotnost'yu fonovyh zvezd, ne pozvolyaet ispol'zovat' standartnoe programmnoe obespechenie analiza izobrazhenii dlya poiska galaktik. Tak chto neskol'kim gruppam astronomov prihoditsya vernut'sya k staromu vizual'nomu sposobu analiza izobrazhenii. Fotograficheskie plastinki i plenki, poluchennye na teleskope Shmidta v Palomarskoi Observatorii i na analogichnyh teleskopah v Yuzhnom Polusharii, provodimye s 1950-h godov, byli tshatel'no izucheny za poslednie 10 let. Issledovateli perekryli bol'shuyu chast' zony izbeganiya, otozhdestviv okolo 50000 ranee ne vnesennyh v katalogi galaktik.
Odnako v oblastyah, gde pogloshenie sveta pyl'yu osobenno sil'no, galaktiki polnost'yu zatemneny i trebuyutsya drugie metody, a imenno, perehod v nablyudeniya v bolee dlinnovolnovoi oblasti spektra. Delo v tom, chto s uvelicheniem dliny volny umen'shaetsya vzaimodeistvie padayushego izlucheniya s mikroskopicheskimi chastichkami pyli. Nablyudeniya na dline volny v 21-sm, sootvetstvuyushei spektral'noi linii neitral'nogo vodoroda, yavlyayutsya odnimi iz naibolee predpochtitel'nyh. Ono vyyavlyaet sled bogatyh gazom spiral'nyh galaktik, kotorye naibolee tusklye, a takzhe samye mnogochislennye karlikovye galaktiki, za isklyucheniem bednyh gazom ellipticheskih galaktik.
V 1987 nachalsya pionerskii proekt Patricia A. Henning iz University of New Mexico i Frank J. Kerr iz University of Maryland. Oni napravili 91-metrovyi radioteleskop Green Bank, W.Va. na sluchaino obnaruzhennuyu oblast' v zone izbeganiya i zaregistrirovali 18 neizvestnyh galaktik. K sozhaleniyu, etot teleskop ruhnul do togo, kak oni zakonchili svoi proekt. Bolee sistematicheskii obzor byl nachat v ramkah mezhdunarodnogo proekta, v kollektiv kotorogo vhodili avtory stat'i. Provodimyi s ispol'zovaniem 25-metrovogo Dwingeloo radio-teleskopa v Gollandii, etot dolgovremennyi proekt imeet cel'yu poisk vseh spiral'nyh galaktik v severnoi chasti zony izbeganiya, vplot' do rasstoyaniya 55 Mpk. K nastoyashemu vremeni otkryto poryadka 40 galaktik.
V 1997 godu nachalsya drugoi mezhdunarodnyi proekt, pod rukovodstvom Lister'a Staveley-Smith'a iz Australia Telescope National Facility v Marsfield'e i odnogo iz avtorov (Kraan-Korteweg), s cel'yu sdelat' analogichnyi obzor yuzhnoi chasti Mlechnogo Puti. Etot obzor, kotoryi pytaetsya obnaruzhit' galaktiki s rasstoyaniyami do 150 Mpk, ispol'zuet special'no postroennyi instrument: 64-metrovyi radio-teleskop v Parkes, Avstraliya. Uzhe obnaruzheno bolee 100 galaktik i ozhidaetsya obnaruzhit' eshe neskol'ko tysyach, kogda obzor sdelaet polnuyu vyborku.
Radio-volnovye polosy -- ne edinstvennye okna v zone izbeganiya. Infrakrasnyi svet takzhe menee podverzhen poglosheniyu na pyli po sravneniyu s vidimym. V nachali 1980-h Infrared Astronomical Satellite (IRAS) sdelal obzor vsego neba v dalekih infrakrasnyh volnah (kotorye blizhe k radio-volnam). On v poryadke eksperimenta smog obnaruzhit' galaktiki yarkie v infrakrasnom svete, preimushestvenno spiral'nye i so vspyshkoi zvezdoobrazovaniya, v kotoryh zvezdy obrazuyutsya bystro i v bol'shom kolichestve. Kandidaty v galaktiki, vybrannye s pomosh'yu IRAS'a, seichas zanovo proveryayutsya po izobrazheniyam, poluchennym v blizkih infrakrasnyh volnah (kotorye blizhe k vidimomu svetu).
K 2000-mu godu dolzhny byt' zakoncheny dva obzora v blizkoi infrakrasnoi oblasti: Two Micron All-Sky Survey -- Amerikanskii proekt, i DENIS, -- Evropeiskii proekt, kotoryi napravlen na izuchenie yuzhnogo neba. Oba obzora poluchayut cifrovye izobrazheniya v treh dlinah voln, kotorye zondiruet staroe zvezdnoe naselenie v galaktikah. Obzory legko obnaruzhivayut ellipticheskie galaktiki, nahodyashihsya kak pravilo v centrah plotnyh skoplenii galaktik; poetomu oni yavlyayutsya horoshim dopolneniem k dalekim infrakrasnym i radio-obzoram, kotorye preimushestvenno chuvstvitel'ny k poisku spiral'nyh galaktik. Pervye issledovaniya pokazyvayut, chto blizkie infrakrasnye obzory mogut obnaruzhit' te galaktiki, kotorye okazalis' nizhe poroga chuvstvitel'nosti dlya opticheskih fotoplastinok. K sozhaleniyu, ni opticheskie, ni infrakrasnye dliny voln ne mogut vyyavit' galaktiki v samyh plotnyh chastyah galakticheskoi ploskosti.
Drugaya vozmozhnost' preodolet' pogloshenie -- nablyudat' na ochen' korotkih dlinah voln, kak to rentgenovskie. Obil'no naselennye skopleniya galaktik horosho izluchayut v rentgene, kotoryi pochti bez poglosheniya prohodit tolshu Mlechnogo Puti. No do sih por ne provedeno sootvetstvuyushee izuchenie rentgenovskih dannyh, poluchennyh na sputnike Rosat i na drugih podobnyh sputnikah.
V dopolnenie k pryamym nablyudeniyam, astronomy issleduyut zonu izbeganiya s pomosh'yu nepryamyh ocenok srednih. Metody obrabotki signalov, primenyaemye inzhenerami k zashumlennym i nepolnym dannym, uspeshno ispol'zuyutsya issledovatelyami iz Hebrew University i odin iz avtorov stat'i (Lahav) vychislil koordinaty i massy skoplenii v Korme (Puppis) i v sozvezdii Parusa (Vela), a takzhe protyazhennost' Sverhgalakticheskoi Ploskosti v zone izbeganiya. Skorosti galaktik vblizi obeih kraev zony izbeganiya ispol'zuyutsya dlya ocenki raspredeleniya mass v nei. S pomosh'yu etogo metoda centr Velikogo Attraktora byl predskazan lezhashim na linii, soedinyayushei sozvezdiya Centavr (Centaurus) i Pavlin (Pavo). Eti metody vosstanovleniya, odnako, rabotayut tol'ko dlya krupnomasshtabnyh struktur v zone; on ne chuvstvitelen k individual'nym galaktikam i nebol'shim skopleniyam.
Zhertva Mlechnogo Puti
Podobnye metody medlenno otkryvayut dlya nas spryatannuyu pyatuyu chast' Vselennoi. Odno iz naibolee udivitel'nyh otkrytii bylo sdelano v 1994 godu, kogda Rodrigo A. Ibata iz University of British Columbia, Gerard F. Gilmore iz University of Cambridge i Michael J. Irwin iz Royal Greenwich Observatory, izuchavshie zvezdy nashei Galaktiki sluchaino obnaruzhili galaktiku, nahodyashuyusya sovsem ryadom. Nazvannaya Karlikovaya v Strel'ce (Sagittarius dwarf), ona yavlyaetsya samoi blizkoi iz vseh izvestnyh galaktik -- vsego 24 kpk ot Solnechnoi Sistemy, chto sostavlyaet men'she poloviny rasstoyaniya do sleduyushego po blizosti Bol'shogo Magellanova Oblaka. Fakticheski ona nahoditsya vnutri nashei Galaktiki, v dal'nei storone ot galakticheskogo centra.
Tak kak Sagittarius dSph nahoditsya srazu za central'nym baldzhem nashei Galaktiki, ego nevozmozhno obrisovat' bez special'nyh metodov. Galaktika byla obnaruzhena iz izmereniya luchevyh skorostei zvezd: nablyudateli vydelili gruppu zvezd, imeyushih luchevuyu skorost', otlichnuyu ot skorosti nashei Galaktiki. Vydelyaya zvezdy s dannoi skorost'yu i zvezdy, s takoi zhe yarkost'yu i cvetom, i isklyuchaya izvestnye fonovye zvezdy oni sdelali kartu etoi karlikovoi galaktiki. Ona imeet uglovoi razmer po krainei mere neskol'ko gradusov, chto delaet ee samoi bol'shoi vidimoi strukturoi na nebe posle Mlechnogo Puti. Ee uglovoi razmer sootvetstvuet diametru po krainei mere 8.5 kpk, okolo 1/5 razmera nashei Galaktiki, a ee massa v 1000 raz men'she.
Mnogie izvestnye modeli formirovaniya galaktik postuliruyut, chto bol'shie galaktiki formiruyutsya v processe dolgogo processa poglosheniya znachitel'nogo chisla nebol'shih galaktik. Podobnyi mehanizm dolzhen deistvovat' i seichas, hotya i nablyudaetsya dovol'no redko. Sagittarius kazhetsya preterpel nekotorye razrusheniya pod vozdeistviem prilivnyh sil ot nashei Galaktiki, odnako razrushenie yadra etoi galaktiki neozhidanno neznachitel'no. Karlikovaya galaktika dolzhna byla sovershit' ne menee 10 oborotov po orbite vokrug nashei Galaktiki, i nesmotrya na eto ostalas' v osnovnom nepovrezhdennoi, chto mozhet oznachat', chto ona soderzhit bol'shoe kolichestvo temnoi materii. Tak ili inache, ee smert' -- lish' vopros vremeni; nekotorye raschety predskazyvayut, chto ona budet polnost'yu pogloshena nashei Galaktikoi cherez milliard let. Otkrytie etoi galaktiki pokazyvaet, chto pogloshenie galaktik proishodyat i v nashe vremya i chto oni ne obyazatel'no razrushayut disk bol'shei galaktiki.
Sagittarius -- odin iz mnogih syurprizov, kotorye prepodneslo izuchenie zony izbeganiya. V avguste 1994 goda, avtory i ostal'nye chleny komandy programmy Dwingeloo Obzora Zatemnennyh Galaktik, izuchali radio-spektry na 21sm. Oni vybrali oblast' zony izbeganiya, gde propadayut mnogie volokna Mlechnogo Puti vblizi gruppy IC342/Maffei. Byl zaregistrirovan odin iz interesnyh spektrov v napravlenii sozvezdiya Kassiopeya (Cassiopeia). Radio-signal imeet sklonnost' interferirovat', chto mozhet dat' fiktivnyi vnegalakticheskii radio-profil'; bolee togo, izobrazhenie perekryvaetsya izlucheniem gaza nashei galaktiki. Raznoobraznye testy podtverdili signal, oznachaya otkrytie do teh por neizvestnoi blizkoi galaktiki.
George K. T. Hau iz University of Cambridge obnaruzhil ekstremal'no slabyi v optike ob'ekt, kotoryi sovpadal po polozheniyu s radio-signalom. Vskore byli polucheny bolee glubokie izobrazheniya na razlichnyh teleskopah, kotorye polnost'yu vyyavili formu galaktiki, nazvannoi Dwingeloo 1: bar s dvumya vydayushimisya spiral'nymi vetvyami. Esli by ona ne nahodilas' za diskom Mlechnogo Puti, to byla by odnoi iz 10 yarchaishih galaktik na nashem nebe. Sudya po skorosti ee vrasheniya, ona imeet massu, sostavlyayushuyu tret' ot massy nashei Galaktiki, chto delaet ee sravnimoi s M33, tret'ei po masse galaktiki v Mestnoi Gruppe posle nashei Galaktiki i galaktiki Androm