Олег Фейгин - Взрыв мироздания

• Название: Взрыв мироздания
• Автор: Олег Фейгин
• Жанр: Физика
• Год: 2016
• ISBN: 978-5-906150-71-4

Что такое Большой взрыв и черные дыры? Когда загорелись звезды? Как возникли первые галактические звездные острова? Каков будет вселенский «конец света»? Эти и многие другие вопросы современной астрономии, астрофизики и космологии увлекательно и популярно рассматриваются с учетом самых последних научных данных, полученных на Земле и в космосе.

Книга повествует об истории открытия расширения Вселенной и возникновении нашего мира по сценарию Большого взрыва; освещает современный подход физики и космологии к понятиям пространства и времени, галактической и звездной эволюции.

Эта книга – кратчайшая история нашего мира от Большого взрыва до последних черных дыр и разрыва пространства – времени.

---

Обычно движение звезд вокруг центра Галактики сравнивают с обращением планет вокруг Солнца, но это не совсем точная аналогия: галактическая орбита звезды значительно сложнее, чем движение планеты по простому эллипсу. Это потому, что Галактика устроена гораздо сложнее Солнечной системы. Солнце можно уподобить дрессировщику, водящему лошадь (то есть планету) по кругу на привязи: она строго подчинена его влиянию, поскольку конкурентов нет. Но, выпустив лошадь в толпу людей или лошадей, мы бы увидели совсем иную картину. Звезда, движущаяся в Галактике, испытывает влияние множества близких и далеких звезд. И если далекие действуют более или менее сообща, принуждая ее обращаться вокруг центра звездной системы, то соседи так и норовят «толкнуть»: случайные сближения с ними заметно меняют движение звезды.

Еще сильнее действует сближение со звездными коллективами – скоплениями, содержащими сотни и тысячи звезд, а также с массивными межзвездными облаками. Такие встречи нарушают регулярное движение звезды и постепенно изменяют ее орбиту. Поскольку наиболее тесно населены центральные области Галактики, то следует ожидать, что звезды вроде нашего Солнца со временем должны отодвигаться на периферию. Предполагается, что Солнце за время своей жизни действительно удалилось от центра Галактики почти на 30 процентов начального расстояния. Это выяснилось по химическому составу Солнца, который отличается от состава соседних звезд, зато очень похож на тот, который имеют звезды, расположенные ближе к центру Галактики.

До недавних пор теория звездообразования традиционно изучала небольшие галактические структуры – туманности и звездные скопления – размером в несколько световых лет. С другой стороны, теория спиральной структуры Галактик имела дело с масштабами в десятки тысяч световых лет. У истоков теории формирования звезд стоял сам Ньютон с идеей о гравитационном скручивании космического вещества. Спустя три столетия смелая гипотеза Ньютона подтвердилась почти буквально: наш мир действительно был некогда заполнен однородным веществом, оно действительно разделилось на части и сгустилось в гигантские светящиеся массы – звезды и галактики.

Вот только распределены эти массы в пространстве далеко не хаотично, как предполагал великий физик, а организованы в удивительные структуры – звездные комплексы, содержащие не только отдельные молодые звезды, но и скопления и облака межзвездного газа, из которого все это образуется. Как выяснилось, звездные комплексы служат базовой ячейкой звездообразования в галактиках.

Одним из самых загадочных вопросов физики космоса является происхождение нашей родной Галактики Млечный Путь. До сих пор эта проблема настолько сложна, что у исследователей даже нет согласия по принципиальному пункту, что было движущим процессом: распад более крупного облака или слипание из множества мелких частей, некоторые из которых еще сопровождает галактику в виде спутников, таких как Большое и Малое Магеллановы Облака.

Есть ли надежда разгадать процесс, происходивший многие миллиарды лет назад?

Астрономы, подобно палеонтологам, никогда не теряют надежду заглянуть в прошлое и найти там ответы на многие проблемы современности. Так, ученые считают, что основой для возникновения звездных островов послужили гигантские облака газа и пыли. Подобные зародыши-протогалактики состояли в основном из легчайших газов – водорода и гелия. Это первичное вещество в свою очередь распадалось на отдельные сгущения, сжимавшиеся к своим центрам. Из них возникли первые поколения звезд и шаровые звездные скопления. Они образовали сферические звездные подсистемы в галактиках. Рой быстрых звезд и шаровых скоплений, существующий вокруг главного тела нашей современной Галактики, имеет, по-видимому, именно такую природу. После того как в галактиках образовались звезды, дальнейшее их развитие пошло по разным направлениям в зависимости от массы и вращательного момента.

В настоящее время в нашей Галактике различают несколько подсистем, отличающихся возрастом входящих в них объектов, количеством тяжелых элементов, характером движения звезд и распределением их в пространстве.

Близкими родственниками квазаров, очевидно, являются Сейфертовские галактики и радиогалактики. Сейфертовскими называются галактики, в видимой области излучения похожие на обычные спиральные, но с очень активными ядрами, мощность излучения которых к тому же сильно меняется со временем, указывая на происходящие там грандиозные процессы. Радиогалактики, отличающиеся мощным излучением в радиодиапазоне, огромные и эллиптические. Мощности Сейфертовских и радиогалактик также обеспечиваются сверхмассивными черными дырами, находящимися в их центрах. Не исключено, что все это разнообразие типов – просто определенные этапы эволюции, которые наблюдаются во Вселенной сейчас.

Появляется все больше доказательств того, что главными движущими силами эволюции галактик и причиной их разнообразия являются взаимодействие и столкновение друг с другом. При этом не следует думать, что столкновение двух галактик – это смертный бой между входящими в них звездами. Вероятность столкновения двух звезд очень мала, потому что размеры их крайне незначительны по сравнению со средним расстоянием между ними. Но межзвездное пространство заполнено газом и пылью, и именно эти компоненты взаимодействуют, когда галактики сталкиваются.

Гравитационное взаимодействие приводит к нарушению структуры газопылевой среды и к перекачиванию вещества из одной галактики в другую.

Трение, возникающее между газом в сталкивающихся галактиках, порождает ударные волны, которые могут вызвать образование новых звезд. Новые звезды в первые несколько миллионов лет своей жизни имеют весьма необычную светимость и голубизну, а потому обнаружение их является наиболее очевидным признаком произошедшего столкновения.

Эти процессы сильно влияют на структуру галактик. Например, две спиральные могут слиться и сформировать эллиптическую. Большие галактики поглощают маленькие и еще вырастают. Все эти процессы длятся миллионы и миллиарды лет (не так уж много по астрономическим масштабам времени), но людям, чтобы увидеть динамику, нужно наблюдать несколько пар взаимодействующих галактик в различные моменты их слияния и затем составить последовательность изображений во времени.

Множество далеких, а следовательно, очень старых галактик носят следы разрушения, что свидетельствует о том, что в ранней Вселенной столкновения были скорее правилом, чем исключением. Наш Млечный Путь, очевидно, тоже является результатом слияния небольших галактик. Существует карликовая галактика, которая вливается в нашу прямо сейчас, и еще восемь близко расположенных крошечных галактик вскоре сольются с нами.

Сравнивая количество звезд разных поколений у большого числа однотипных галактик, можно установить возможные пути их эволюции. У более старых наблюдается истощение запасов межзвездного газа и снижение в связи с этим темпов образования и общего количества звезд новых поколений. Зато в них много белых карликов – сверхплотных звезд малых размеров, представляющих собой одну из последних стадий эволюции звезд. В этом и заключается старение галактик.

Эволюция галактик в скоплениях и группах показывает, что при столкновениях их протяженные газовые короны должны «обдираться» и рассеиваться. Кроме того, массивные члены скоплений, двигаясь среди остальных, своим тяготением увлекают соседей. Иногда находящиеся в центре скопления массивные галактики не только «обдирают» газовые короны проходящих через них галактик, но захватывают и звезды «космического гостя». Предполагается, в частности, что многие галактики, обладающие массивными гало, образовали их таким «каннибальским» путем.

По существующим расчетам, через 3 млрд лет своеобразным «каннибалом» станет и наша Галактика: она поглотит приближающееся Большое Магелланово Облако.

Глава 8. Жизненный путь звезды

Изучение строения и эволюции звезд – не только теоретическая и познавательная проблема, это важно и для техники будущего. Далекие звезды, к которым мы, казалось бы, могли быть совершенно равнодушными, «близки» и нужны человеку.

С. А. Каплан. Физика звезд

Итак, образовались атомы и молекулы, остыл вселенский пыл Большого взрыва, пронеслись «темные» века Вселенной, и вихревые облака молекулярного водорода озарил свет первой звезды… Сразу же оговоримся, что самое начало жизни звезд и их происхождение составляет одну из самых трудных астрономических задач космогонии (науки о происхождении небесных тел), до сих пор не имеющей однозначного решения. Так, большой сенсацией для астрономов стал анализ наблюдений, показавший, что первые звезды зажглись намного раньше, чем предполагалось, спустя всего лишь 200 млн лет после рождения Вселенной. Эти научные данные подтвердили не только теорию Большого взрыва, но и новые взгляды на состав нашей Вселенной.