СТРУКТУРА МЕТАГАЛАКТИКИ. СКОПЛЕНИЕ ГАЛАКТИК-ГРУППЫ ГАЛАКТИК

Закон Хаббла имеет огромное значение в построении физической теории Метагалактики. Мы вернемся к нему в § 32. Сейчас для нас важно обратить внимание на то, сколь огромных расстояний достигла современная астрономия в исследовании глубин Вселенной: с принятым нами значением Н (30.9) наблюдавшейся скорости соответствует расстояние свыше 1000 Мпк или около миллиардов световых лет ( лет).

В этом огромном пространстве объемом свыше содержится около 1010 галактик, из которых лишь ничтожная доля нами изучается. Чаще всего это — спиральные галактики, так как они абсолютно наиболее яркие.

Наиболее многочисленны на самом деле эллиптические галактики и карликовые галактики (типа Скульптора), которые наблюдаются нами лишь на очень близких расстояниях.

Приведенное выше число для числа галактик в Метагалактике в значительной степени основано на теоретических расчетах. Тем более интересно проверить ее реальными подсчетами числа галактик на небе, конечно, самых слабых, какие только доступны современным мощным телескопам. Для этого обычно выбирают площадку размером в 1 кв. градус или меньше на небе вблизи полюса Галактики, а затем, зная, что на сфере содержится 1 253 кв. градуса, переходят к полному числу галактик до определенной звездной величины на всем небе. Вот каковы были найдены числа за последние годы: до на 1 кв. градус 17 100 галактик, а всего

Первый и третий результаты получены на обсерватории Китт-Пик в США, второй — на Специальной астрофизической обсерватории АН СССР. В последних подсчетах предельную звездную величину 26—27 было трудно определить точнее. Впрочем, в двух предыдущих это тоже была нелегкая задача.

Если считать, что в среднем в галактике содержится звезд с массой массы Солнца, то всего в доступной нам Вселенной содержится звезд!

Истинное расположение галактик в пространстве весьма далеко от равномерности: обычно они встречаются в форме скоплений, легко выделяемых на небе при фотографировании с мощными телескопами. Таких скоплений известно в настоящее время около 3000. Особенно известны скопления в созвездиях Волос Вероники и Девы — так называемое скопление Coma — Virgo, которое в свою очередь состоит из ряда проектирующихся друг на друга близких и далеких скоплений.

Уже в ближайших метагалактических окрестностях Галактики намечается так называемая Местная Система галактик из нескольких десятков членов (часть которых занимает первые две трети таблицы 20). Но большинство скоплений галактик более обширны и лучше выражены. Их диаметр составляет в среднем 2 Мпк и в каждое входит около 200 галактик, но, например, скопление Virgo, отстоящее от нас на 6,7 Мпк, содержит до 2500 членов ( и слабее) с плотностью 2—3 тысячи галактик на кубический мегапарсек. Еще более плотно компактное скопление в Пегасе, удаленное на 1 Мпк. На небе оно занимает площадку поперечником всего в Г, где размещается 100 галактик, самые яркие из которых имеют видимую звездную величину . Пространственная плотность их — 8—10 тысяч на 1 Мпк. Более удалено компактное скопление Большая Медведица II, содержащее 200 галактик ( и слабее) на площадке диаметром 0,2°.

Расстояние его, определенное по скорости удаления составляет в шкале (30.9) 420 Мпк, плотность галактик около 1000 на 1 Мпк3. Есть некоторые признаки того, что близкие к нам скопления галактик, включая Местную Систему, образуют более крупную структурную единицу — Сверхгалактику, центр которой совпадает со скоплением Virgo. Диаметр ее порядка 20 Мпк. Она расширяется лишь немного медленнее, чем по закону Хаббла. Другие намечающиеся сверхгалактики (например, в созвездии Северной Короны) имеют такие же размеры, а взаимные их расстояния того же порядка, так что прежнее уподобление «островная вселенная» не совсем точно — правильнее говорить об «архипелагах галактик». Таким образом, лишь в гигантских масштабах — в ячейках размером до — вещество Метагалактики однородно, т. е. ячейки или группы содержат равное число галактик.

Однако между «архипелагами» обычно бывают столь же или более обширные, видимым образом пустые области, в которых замечаются лишь единичные галактики переднего плана. Есть ли в пустотах что-либо — один из серьезнейших вопросов в современной астрономии (см. § 32). Внутри скоплений, между галактиками пространство часто бывает заполнено весьма разреженным веществом при очень высокой температуре до 108 К (что проявляется в жестком рентгеновском излучении). Но есть и холодное газовое вещество, примером чему служит «пустота», обнаруженная в созвездии Льва. Здесь не видно галактик, но зато радио наблюден и я показывают грандиозное облако из атомного водорода, проявляющееся в излучении на волне 21 см. Облако это больших размеров с полной массой около его лучевая скорость +960 км/с, т. е. расстояние от нас 10—20 Мпк. Это самостоятельное, достаточно резко ограниченное облако, которое почему-то не сформировалось в галактику.

Каждое скопление галактик внутренне замкнуто, обычно (хотя и не всегда) динамически устойчиво, т. е. потенциальная энергия его по абсолютной величине больше суммы кинетических энергий его членов, несмотря на то, что частные скорости отдельных галактик в скоплениях имеют большую дисперсию в сотни километров в секунду. Лишь изредка в результате гравитационного взаимодействия с другими членами скопления галактика может приобрести скорость, достаточную для убегания из скопления, но для этого требуются огромные промежутки времени. Вот почему в Метагалактике практически не встречаются галактики вне скоплений.

Близкие скопления галактик являются рентгеновскими излучателями. Теория этого свечения, основанная на механизме теплового тормозного излучения электронов в поле ионов, при сопоставлении с наблюдаемой зависимостью внегалактического рентгеновского потока от энергии фотонов указывает на температуру порядка при очень малой плотности вещества. Высокая температура подтверждается наличием в излучении 7 кэВ линий, принадлежащих Fe XXV и Fe XXVI. Полная масса этого диффузного вещества составляет заметную часть вещества, содержащегося в галактиках скопления — оценки даются от 10 до 25 %, что, однако, играет сравнительно малую роль в динамической устойчивости скопления галактик.

Внутри скоплений встречаются двойные, тройные и вообще кратные галактики с небольшим числом членов, подобные кратным системам звезд и именно тем, которые мы назвали (§ 11) системами типа

Рнс. 177. Так называемый — группа пяти галактик в созвездии Пегаса. Трехчасовая экспозиция с -метровым телескопом, галактика ниже центра, NGC 7320, по-видимому, не принадлежит к группе, которая сводится, таким образом, к квартету. Лучевая скорость этой галактики равна тогда как у остальных четырех она близка к (Фотография заимствована из журнала Telescope, 1977, v. 53, № 3)

Трапеции, т. е. такими, в которых все взаимные расстояния между компонентами — величины одного порядка. У кратных галактик они, кроме того, имеют тот же порядок, что и размеры галактик.

Местная Система галактик включает в себя тройную группу — гигантскую Галактику, Большое и Малое Магеллановы Облака (не считая карликовых галактик в Скульпторе, Льве и Печи) и более сложную группу пяти галактик, состоящую из гигантской галактики М 31 и четырех близких к ней эллиптических — NGC 221, 205, 147 и 185. С небольшой натяжкой сюда же можно отнести и шестую галактику М 33.

Есть более удаленные и потому более наглядные группы, например, «квинтет Стефана» (рис. 177, состоящий из пяти членов. Такие сочетания маловероятны, если они случайны, и потому все галактики группы следует считать возникшими совместно. Но индивидуальные скорости галактик внутри группы типа Трапеции нередко так сильно различаются, что приходится считать группу неустойчивой, распадающейся. Так, в квинтете Стефана две близкие компоненты NGC 7318а и 7318 имеют разность лучевых скоростей почти в 1000 км/с, а скорости двух других, NGC 7317 и 7319, совпадают со скоростью NGC 7318 в пределах 100 км/с.

У всех четырех скорость по лучу зрения около 6000 км/с. Примыкающая к ним большая галактика NGC 7320 (ниже центра на рис. 177) имеет лучевую скорость 800 км/с. Она только проектируется на остальной «квартет» и находится к нам значительно ближе.

Рис. 178. Взаимодействующие галактики NGC4676, известные под названием «Играющие Мышки» негатив)

Уже наблюдения нейтрального водорода в см показывают, что оба Магеллановых Облака имеют общую водородную оболочку, которая, может быть, смыкается с водородным слоем нашей Галактики. Этот результат получен из радионаблюдений, но и оптически обнаружен мост из HI между Большим и Малым Магеллановыми Облаками.

Среди двойных и тройных галактик встречаются очевидные светящиеся перемычки. Известная спиральная туманность в Гонких Псах М 51 имеет ветвь спирали, заканчивающуюся сферическим утолщением, которое можно рассматривать как карликовую галактику-спутник. В других случаях перемычки очень тонки, как своего рода нитки, на которые нанизаны сгущения — галактики или их ядра, так что галактики оказываются взаимопроникающими. Такие галактики (рис. 178) получили общее название взаимодействующих (Цвикки, Б. А. Воронцов-Вельяминов), однако взаимодействие их не сводится к гравитационным силам. Как известно, последние приводят к приливным деформациям взаимодействующих масс.

Но тогда образуются выступы и рукава большой толщины, а не такие длинные и тонкие, какие описаны выше. Скорее в них можно усмотреть остатки общего происхождения взаимодействующих компонент или след разлетания их, если они образовались в результате какого-то процесса, подобного взрыву при участии магнитных полей. Но тут мы подходим к вопросам «жизнедеятельности» галактик, которые следует рассмотреть особо.