На стенах бесчисленных учебных кабинетов по всему миру висят иллюстрации нашей родной галактики, Млечного Пути. Вы, наверное, слышали об этом. Но вы, вероятно, не знали, что эти плакаты пропорционально толще ключевого компонента самой галактики.
Верно. Как яичница, Млечный Путь состоит из центральной выпуклости, окруженной плоским тонким диском. И когда мы говорим «худая», мы имеем в виду умопомрачительно худую. Как указывает физик и корреспондент Forbes Джиллиан Скаддер, «диск» галактики Млечный Путь имеет длину около 100 000 световых лет, но всего около 0,6 световых года в высоту. Это означает, что пропорционально она в 30 раз тоньше обычного листа бумаги для принтера.
Астрономы подсчитали, что в наблюдаемой Вселенной насчитывается около 200 миллиардов галактик. Но когда мы видим другие галактики, изображенные в научно-фантастических фильмах, они, как правило, имеют ту же основную форму, что и наша. Это было бы примером наших предубеждений, ориентированных на человека. Хотя многие из них действительно напоминают Млечный Путь, другие имеют совершенно разные формы и формы.
Как галактики обретают форму
Прежде чем мы двинемся дальше, давайте сделаем шаг назад и поговорим о том, что общего у всех галактик. Галактики представляют собой сложные системы, удерживаемые вместе гравитацией. Они состоят из газов, звездной пыли и миллионов, а иногда и миллиардов звезд, которые сопровождаются собственными планетами и поясами астероидов.
Но несмотря на сходство, у каждой галактики есть своя уникальная история. История каждого из них отражена в его форме. Ученые делят галактики на несколько категорий, основанных на внешнем виде. Млечный Путь - это то, что известно как спиральная галактика, что означает, что он выглядит как широкий сплющенный диск с небольшой выпуклостью, выступающей наружу в его центре.
Это расположение является произведением скорости вращения, времени и гравитации. Чтобы узнать больше, мы поговорили с астрофизиком Раджой ГухаТхакуртой, доктором философии, профессором Калифорнийского университета в Санта-Круз и авторитетом в изучении эволюции галактик. Это область, которая вызывает много споров.
«Физика того, как формируются эти вещи, до конца не известна и не установлена», - говорит ГухаТхакурта. Тем не менее широко распространено мнение, что большинство спиральных галактик начинают свою жизнь как вращающиеся облака газа и пыли. Скорость, с которой они вращаются, имеет большое значение. По словам ГухаТхакурты, массивные, быстро вращающиеся облака с большей вероятностью станут спиральными галактиками.
Гравитация пытается притянуть эти вращающиеся аморфные тела к плоским плоскостям. Со временем облака вынуждены сжиматься из-за гравитации и потери энергии из-за трения. И из-за принципа, называемого сохранением углового момента, когда вращающийся объект сжимается, он вращается быстрее. Вы можете увидеть это в действии на местном катке. Опытные конькобежцы знают, что для увеличения скорости вращения нужно сводить руки внутрь.
Итак, подобно вращающемуся шарику теста для пиццы, спиральные галактики образуются, когда бесформенные газопылевые облака расплющиваются на высокой скорости. Те же самые физические силы влияют на внешний вид заостренных «рук», которые можно увидеть по краям таких галактик.
«Типы спиральных рукавов почти наверняка связаны со скоростью вращения», - говорит ГухаТхакурта. Быстро вращающиеся системы, как правило, имеют кольцо из маленьких тугих рукавов. Напротив, те, которые двигаются медленнее, имеют более длинные, свободно завернутые. Чтобы понять, почему, ГухаТхакурта рекомендует провести небольшой домашний эксперимент: «Представьте, что вы помешиваете кофе. Положите ложку сливок не в центр, а где-нибудь еще. Вы заметите, что сливки образуют спиралевидный узор», - говорит он. Затем размешайте настой ложкой. Если вы сделаете это быстро, рукава узора станут меньше и плотнее.
Тайна Выпуклости
Хорошо, время подвести итоги. До сих пор мы говорили о том, как развиваются спиральные галактики и как вращение формирует их рукава. Но что делать с теми выпуклостями, о которых мы упоминали ранее? В центре спиральных галактик вы найдете скопление очень старых звезд, вращающихся вокруг центральной точки. Это выпуклость. В то время как звезды на диске перемещаются в упорядоченной горизонтальной плоскости, звезды, составляющие выпуклость, ведут себя как пчелы, беспорядочно роящиеся вокруг улья. Астрономы все еще пытаются выяснить, как образуются эти выпуклости. Некоторые предполагают, что они развиваются раньше, чем остальная часть спиральной галактики, в то время как другие считают, что верно обратное.
Теперь представьте галактику, которая вся выпуклая. Эта штука была бы без диска и выглядела бы либо как гигантская круглая сфера, либо как массивный американский футбол. Внутри его звезды будут вращаться вокруг центральной точки галактики во всех направлениях. Поздравляю, вы только что нарисовали эллиптическую галактику. ГухаТхакурта говорит, что эллиптические галактики образуются, когда две спиральные галактики сопоставимой массы сливаются вместе. (Хотя он добавляет, что это может быть не единственный процесс формирования эллиптических галактик.)
Кстати, наш собственный Млечный Путь вот-вот примет участие в одном из таких слияний. Эксперты прогнозируют, что в конечном итоге она столкнется с соседней галактикой Андромеды, и в результате этого процесса эти две спиральные галактики превратятся в одну эллиптическую галактику. Процесс должен начаться примерно через 3 миллиарда лет и закончиться еще через 4 миллиарда лет. Очевидно, это не то, что вы или я будем жить, чтобы увидеть. Но несмотря на это, ученые уже придумали название для этой будущей эллиптической галактики: они называют ее «Милкомеда». Все любят хороший портмоне.
Следует отметить, что некоторые галактики не являются ни спиральными, ни эллиптическими. Так называемые неправильные галактики не имеют выпуклостей и могут иметь самую разнообразную форму. Кроме того, ученые наблюдали некоторые галактические слияния, которые происходят в настоящее время. Возможно, когда-нибудь они станут красивыми, хорошо закругленными эллиптическими, но в данный момент эти развивающиеся союзы кажутся неорганизованными и искаженными. Есть также несколько задокументированных примеров того, как большие спиральные галактики поглощают более мелкие, подошедшие слишком близко, при этом жертва медленно пожирается по крупицам. Как сказал бы Ганнибал Лектер, пропустите фасоль и кьянти.
Интересно
Слово «галактика» происходит от греческого слова «гала», что означает «молоко» - то есть «млечный путь». У нашего есть светящаяся полоса звезд, которая хорошо видна на ночном небе. Древним астрономам это казалось полосой пролитого молока.