Звездные населения - Вселенная - От плоской Земли до квазаров

Вселенная

От плоской Земли до квазаров
Главная


Земля


Солнечная система


Звезды


Галактика


Размеры Галактики


Другие галактики


Возраст Земли


Энергия Солнца


Типы звезд


Эволюция звезд


Взрывы звезд


Эволюция галактик


Удаляющиеся галактики


Наблюдаемая Вселенная


Начало Вселенной


Бомбардировка частицами


Фотоны большой энергии


Радиоастрономия


Окраины Вселенной



Звездные населения

Однако в 40-х годах возникла новая точка зрения. В 1942 г. Бааде выпала редкая для астронома удача. Во время второй мировой войны в Лос-Анжелесе было введено затемнение, и с помощью 100-дюймового телескопа обсерватории Маунт Вилсон можно было отчетливо рассмотреть галактику Андромеды.
До этого Хабблу и его преемникам удавалось различать отдельные звезды только в спиральных ветвях. Теперь Бааде удалось увидеть и сфотографировать звезды в ядре туманности Андромеды.
И тут выявилось важное различие. Самыми яркими звездами спиральных ветвей были голубовато-белые гиганты, очень большие и горячие, напоминающие самые яркие звезды ближайшей к нам области нашей собственной Галактики. Но самые яркие звезды в ядре Андромеды оказались красноватыми, голубовато белых там не было вовсе.
Это подтверждалось и результатами спектральных анализов. Спектр ядра Андромеды и других галактических ядер, которые удавалось исследовать, тяготел к классу К. Другими словами, в среднем свет этих областей излучался поверхностями более темных и холодных звезд, чем Солнце. А общий спектр спиральных ветвей Андромеды и других галактик был близок к классу F, т.е. свет этих областей в среднем излучался поверхностями более горячих и ярких звезд, чем Солнце.
Получалось, что в областях, где звезды располагались очень тесно, например в шаровых скоплениях, галактических ядрах и эллиптических галактиках, они в основном принадлежали к одному и тому же типу, который Бааде назвал населением II.
Наоборот, звезды, располагавшиеся более разбросано — особенно в спиральных ветвях галактик, — принадлежали в основном к другому типу, который он назвал населением I.
Звезды населения II, казалось, образовывали вокруг центра галактики своего рода сферический ореол, тогда как звезды населения I распределялись по средней плоскости галактики в виде диска с отверстием в середине. Их можно соответственно называть звездами сферической составляющей и звездами плоской составляющей.
В целом звезды населения II склонны к чинности и единообразию, они обладают размерами от средних до малых и занимают в пространстве области, относительно свободные от пыли и газа. Население же I насчитывает немало довольно-таки странных членов, и вообще для него характерно большое разнообразие—оно включает, в частности, звезды-гиганты, гораздо более яркие и горячие, чем любые звезды населения II. Кроме того, звезды населения I занимают области пространства, относительно богатые пылью и газом.
Это разделение звезд на два населения (с тех пор усложнившееся, так как и население I и население II распались на несколько подтипов) привело к возникновению новых вопросов, касающихся эволюции галактик Новые сведения о природе ядерных реакции в недрах звезд давали основания полагать, что большие звезды живут меньше, чем маленькие, и поэтому звезды населения I следовало считать недолговечными. Более подробный анализ показал, что недолговечными должны быть и сами спиральные ветви, и до сих пор еще не выдвинуто ни одной удовлетворительной гипотезы, которая объясняла бы, почему столько галактик щеголяет таки ми ветвями, если они и в самом деле так недолговечны, как должны были бы быть.
Во всяком случае, росло убеждение, что спиральные ветви — явление временное и что галактики теряют их, становясь эллиптическими, а не наоборот Хаббловская схема эволюции была вывернута наизнанку.
Предположим, что сначала звезды протогалактики образовывались без всякой системы и что самой ранней стадией была стадия неправильной галактики. В центре протогалактики, где концентрация пыли была наибольшей, звезды образовывались быстрее всего и в самых больших количествах. На каждую звезду приходился относительно небольшой запас пыли и газа, а потому звезды в центре были небольшими и сходными по свойствам А с их образованием пыль и газ почти исчезли. Такие звезды относились бы к населению II — они были бы очень богаты водородом и почти лишены более тяжелых элементов.
Однако по краям протогалактики пыль и газ распределялись бы не так равномерно. Возможно, общее вращение заставляло пыль и газ вытягиваться полосами, так что звезды образовывались рядами в областях, которые стали светящимися спиральными ветвями. Из-за неравномерного распределения пыли и газа в одном месте образовывалось много звезд, а в другом — мало. На долю некоторых доставалось чрезвычайно малое количество материала, на долю других — чрезвычайно большое. Поэтому они должны были сильно различаться по массе, и самые большие члены этого населения I стали бы яркими и горячими.
Кроме того, в спиральных ветвях осталось бы много пыли и газа, которые в таком отдалении от центра распределились бы по слишком большому пространству, чтобы послужить зародышем для звезды. В течение миллиардов лет они медленно сгущались бы, пока, наконец, не наступал бы момент, когда и они могли развиться в звезды. Кроме того, яркие горячие звезды населения I быстро эволюционировали бы, скоро достигали бы стадии гибели и вспыхивали бы как Сверхновые. Пыль и газ в спиральных ветвях обогащались бы гелием и более сложными атомами, так что те звезды населения I, которые развивались позднее — звезды второго поколения,— оказывались бы относительно бедны водородом и богаты более тяжелыми элементами.
Таким образом, первым этапом после исходной неправильной галактики была бы спиральная галактика со слабо закрученными ветвями.
Но спиральные ветви живут относительно недолго. Пыль и газ потребляются в процессе образования звезд. Самые яркие звезды умирают, и состав ветвей неуклонно меняется от населения I к населению II. По мере вращения галактики спиральные ветви начинают закручиваться все туже и все плотнее и плотнее охватывают ядро галактика переходит из класса Sc в класс Sb и за тем в класс Sa.
Со временем спиральные ветви сливаются с ядром, полностью утратив звезды населения I, и образуется сплющенная эллиптическая галактика. Постепенно, благодаря взаимному притяжению звезд, их движение в такой галактике становится все более и более однородным, сплюснутость уменьшается, и наконец возникает шаровидная галактика.
Согласно такому взгляду, галактика Андромеды и наша Галактика находятся не на поздних, а на ранних стадиях эволюции и оказываются довольно молодыми галактиками.
Схема эволюции галактик в обратном направлении подтверждается некоторыми наблюдениями. Она предполагает непрерывное уменьшение количества пыли и газа, содержащегося в галактиках (что представляется вполне логичным). Неправильные галактики, такие, как Магеллановы Облака, видимо, и в самом деле более богаты «межзвездным сором», чем наша бесспорно спиральная Галактика, спиральные же галактики в свою очередь гораздо богаче пылью, чем эллиптические.
Для объяснения больших размеров многих шаровидных галактик можно выдвинуть следующее предположение: большие галактики (как и большие звезды) эволюционируют не медленнее, а быстрее. Самые большие галактики под влиянием особенно мощного поля тяготения могли быстрее сгуститься в звезды, быстрее образовать спиральные ветви во внешних областях, более насыщенных пылью, быстрее стянуть ветви к центру и превратиться в те гигантские шаровидные галактики, которые мы видим теперь. Галактики поменьше задержались на стадии спирали, а совсем маленькие надолго застряли на самой ранней стадии эволюционного процесса — на стадии неправильной галактики.
Кроме того, указывалась и такая возможность, эволюция в обычном смысле слова, когда галактика одною вида превращается в галактику другого вида, может и вовсе не происходить. Возможно, галактика, однажды обретя свою очерченную звездами форму, так ее и сохраняет, а различие между галактиками зависит исключительно от разницы между первоначальными протогалактиками, главным образом от разного момента количества движения.
Предположим, что у какой-то протогалактики момент количества движения очень мал. Она вращается медленно и почти, а то и совсем не сплющивается. Потеря вещества из-за действия центробежной силы будет чрезвычайно мала, и в результате такая протогалактика со хранит максимальные размеры. Возникающие звезды образуют огромную шаровидную галактику.
Если протогалактика обладает несколько большим моментом количества движения, то она будет вращаться быстрее, слегка сплющится, потеряет некоторое количество вещества экваториальной области и в конечном счете станет чуть меньшей по размерам и чуть более сплющенной эллиптической галактикой.
Все изменения кончатся с образованием звезд, и в зависимости от величины момента количества движения к тому времени, когда образование звезд положит конец изменениям формы галактик, они достигнут разной степени сплюснутости. В среднем, чем более сплюснута галактика, тем она меньше.
Если момент количества движения протогалактики особенно велик, в действие вступает новый фактор. Звезды начнут образовываться, но процесс этот будет идти недостаточно быстро для того, что бы поглотить всю пыль и газ прежде, чем стремительное вращение успеет сильно сплющить протогалактику. Короче говоря, газ и пыль сплющатся в диск, оставив на том месте, которое они занимали прежде, сферический или эллиптический ореол уже образовавшихся звезд. Эти звезды будут населением II.
Диск газа будет отброшен на самую окраину, весь газ соберется гам, и внутри него образуются звезды населения I. Таким образом, возникновение спиральных галактик и звезд населения I целиком зависит от скорости вращения первоначальной протогалактики.
Но какую бы схему эволюции галактик мы не рассматривали— от протогалактики через шаровидную к спиральной, от протогалактики через спиральную к шаровидной или от протогалактики к спиральной или шаровидной, вопрос о возрасте галактик, а следовательно, и о возрасте Вселенной остается открытым.

Рис. Образование звездных населений. Точки — население II, крестики—население I

Образовалась ли вся Вселенная из системы протогалактик, которые одновременно (примерно 15 миллиардов лет назад) начали развиваться в галактики? В этом случае всей Вселенной 15 миллиардов лет.
Или же какие-то части Вселенной начали развиваться в галактики в один момент, а другие — в другой? Может быть, возраст той части Вселенной, которая наиболее нам знакома, составляет 15 миллиардов лет, а другие ее части старше? Существуют ли какие-нибудь области недоступные для наших исследований, которые все еще находятся на стадии протогалактик и, следовательно, все еще не родились?
На такие вопросы нельзя ответить, рассматривая только эволюцию галактик. Нам следует подойти к проблеме с другой стороны.

 
След. >