15.4. НАША ГАЛАКТИКА

Звезды образуют гигантские скопления, которые называют галактиками или, пользуясь терминологией начала XX вв., «островными вселенными». Получить надежное представление о структуре нашей Галактики трудно, поскольку мы наблюдаем ее изнутри, к тому же значительные помехи создает поглощение света межзвездной пылью. Некоторые ее существенные особенности хорошо видны на карте неба, созданной в Лундской обсерватории. Эта карта построена в системе координат, в которой галактические широта и долгота центра Галактики равны нулю (рис. 15.2.). Легко видеть, что Галактика сильно сплюснута, а измерение скоростей близких звезд показывает, что вся система вращается вокруг своего центра. Она похожа на спиральные галактики, прекрасные изображения которых можно увидеть в атласах, таких, как «Атлас галактик Хаббла» [13]. По-видимому, наша Галактика сильно похожа на туманность Андромеды (М 31), ближайшую к нам гигантскую спиральную галактику (рис. 15.3.).

Остановимся подробнее на определении системы галактических координат, так как они будут постоянно встречаться в последующем изложении. За начало отсчета галактической широты и долготы выбрано направление на центр Галактики, которое определяется из радионаблюдений, поскольку в этом диапазоне отсутствует поглощение. За галактический экватор принимается большой круг, проходящий через середину галактической плоскости (рис. 15.2). Галактическая долгота отсчитывается так, что она увеличивается от 0° в центре Галактики справа налево на рис. 15.2 до 360°. За галактический северный полюс принимается направление от Солнца перпендикулярно плоскости Галактики. Галактическому экватору соответствует нуль градусов галактической широты, а полюсу — 90° (рис. 15.4.).

Центр Галактики находится приблизительно на расстоянии 10 кпс от Солнца, т. е. в 10 000 раз дальше, чем ближайшие звезды. Расположенные на периферии, мы оказались вне основной массы звезд (рис. 15.5). Солнце принадлежит к системе звезд, образующих диск, вращающийся вокруг своей оси. В окрестностях Солнца его полутолщина составляет примерно 200 пс. В диске находится, кроме того, система звезд, образующая так называемое центральное вздутие — эллипсоидальное образование из более старых звезд. Если убрать диск, то, что останется, будет напоминать

(кликните для просмотра скана)

Рис. 15.3. (см. скан) Туманность Андромеды (М 31) - ближайшая к нам гигантская спиральная галактика, расположенная на расстоянии около 570 кпс. Она,вероятно, похожа на нашу Галактику. (С любезного разрешения обсерваторий Хэйла.)

галактику другого основного типа — эллиптическую (разд. 15.5). Видимый диск Галактики на расстоянии 15 кпс от центра быстро сходит на нет. Ниже перечислены основные составные части Галактики: Звезды — одиночные, либо входящие в состав скоплений или ассоциаций.

Рис. 15.4. К определению галактической долготы и широты.

Рис. 15.5. Схема, показывающая положение Солнца в Галактике.

Межзвездный газ и магнитные поля — газ собран в облаках ионизованного водорода или распределен по Галактике в ионизованном или нейтральном состоянии.

Межзвездная пыль (практически не рассматривается в нашем изложении) затрудняет оптические наблюдения в плоскости Галактики.

Частицы высоких энергий — главный герой нашего повествования.

В Галактике насчитывается приблизительно 1012 звезд и именно в них заключена основная доля ее массы. Они образуют гравитационно связанную

Рис. 15.6. Примерный вид кривой вращения Галактики. Линии а и б - возможное продолжение кривой вращения за орбиту Солнца; а соответствует Галактике, в которой большая часть массы расположена внутри орбиты Солнца; б соответствует случаю массивной короны, когда .

сильно уплощенную систему. По движению близких к Солнцу звезд можно сделать вывод, что звезды, образующие диск, вращаются вокруг центра по орбитам, близким к круговым. Наблюдения свидетельствуют в пользу дифференциального вращения Галактики. Кривая вращения Галактики, т. е. зависимость скорости вращения от расстояния до галактического центра, строится различными методами, например, по измерениям скоростей близких к Солнцу звезд и исследованиям распределения скоростей облаков нейтрального водорода по линии 21 см Эта кривая схематически изображена на рис. 15.6. Согласно современным представлениям, за орбитой Солнца кривая вращения выходит на почти плоский участок. По этой кривой можно определить динамическую массу Галактики. Внутри орбиты Солнца заключена масса примерно масса Солнца. Если бы это была большая часть массы Галактики, то пробные частицы за орбитой Солнца должны были бы двигаться в соответствии с законами Кеплера и кривая вращения имела бы вид Выход кривой вращения на плато противоречит этому простому предположению и заставляет думать, что за пределами орбиты Солнца находится существенно большая масса. При сферически симметричном распределении, как следует из теоремы Гаусса, плоская кривая вращения получается, если масса, заключающаяся в шаре радиусом пропорциональна т. е. Таким образом, масса Галактики должна быть очень большой. Видимая яркость Галактики падает слишком быстро, чтобы было справедливо соотношение поэтому, если такая интерпретация верна, должна существовать корона из «темного», т. е. практически несветящегося вещества. Многие специалисты убеждены в этом, но природа короны неизвестна. Она может состоять из слабо светящихся

Рис. 15.7. Схема спиральных рукавов Галактики. Разметка производилась по таким индикаторам спиралей, как молодые звезды, области ионизованного водорода

карликовых звезд, либо из черных дыр или нейтронных звезд, но ничего определенного сказать пока нельзя.

Важное обстоятельство, о котором следует упомянуть, заключается в том, что полное гравитационное поле Галактики определяется только распределением звезд. На долю газа приходится всего около 5% массы Галактики, поэтому его динамика определяется заранее заданным гравитационным полем звезд.

Характерной особенностью спиральных галактик являются спиральные рукава, которые легко различить на фотографии (рис. 15.3). Значительно труднее оказалось выявить их в нашей Галактике, поскольку мы расположены внутри нее и очень трудно измерять расстояния с точностью, достаточной для того, чтобы проследить спиральные рукава. Тем не менее имеются весьма серьезные основания считать, что существуют образования, очень напоминающие спиральные рукава. Схематически они показаны на рис. 15.7.

Из этих наблюдений следует, что Солнце расположено вблизи внутреннего края спирального рукава. Отметим, однако, что эти исследования весьма трудны. К тому же по наблюдениям распределения звезд, нельзя прлучать информацию о строении Галактики на расстояниях, превышающих примерно 4 кпс. Поэтому у нас нет окончательной уверенности в том, обладает или нет наша Галактика такой впечатляющей спйральной структурой, как другие галактики. Дополнительную информацию о спиральной структуре дают наблюдения нейтрального водорода в линии 21 см (разд. 17.2).