Долгое время астрономы пытались понять природу загадочных округлых пятен, впервые замеченных на ночном небосводе в 1665 году. Лишь более ста лет спустя, в 1782 году, Уильям Гершель пришел к выводу, что это — сферические скопления звезд; Он же дал им название Globular Cluster, «шаровые скопления».
В XX веке число шаровых скоплений, обнаруженных в гало Млечного Пути, стало стремительно расти. Сейчас их известно более полутора сотен. Еще от 10 до 50 подобных скоплений, как полагают астрономы, скрывается пока за пеленой газа и пыли. Кроме того, обнаружены тысячи шаровых скоплений, расположенных в других галактиках. Самое дальнее находится в галактике NGC 3311, на расстоянии свыше 150 миллионом световых лет от Земли.
Даже при наблюдении в небольшой телескоп шаровые скопления кажутся лишь слегка размытыми пятнами. Только в мощный телескоп их можно увидеть во всем великолепии. По¬добные объекты насчитывают от 100 тысяч до миллиона звезд, образующих сферу, которая достигает в поперечнике всего не¬скольких десятков световых лет.
Шаровые скопления часто именуют «космическими Мафу¬саилами». Это — старейшие объекты нашей Галактики, они об¬разовались одновременно с ней и могут немало поведать о ее далеком прошлом. У них своя бурная история, тайны которой астрономы только начинают разгадывать.
До конца 1970-х годов ученые полагали, что эти скопления очень однообразны и что звезды распределены в них равномерно. Их считали статичными и стабильными объектами. Однако в по¬следние два десятилетия наши представления о них решительно изменились. Наблюдения показали, что внутри шаровых скопле¬ний протекают очень динамичные процессы. Звезды здесь нередко сталкиваются, а то и буквально «пожирают» друг друга. Ведь даже на периферии шарового скопления плотность их расположения в десятки раз выше, чем в окрестностях Солнечной системы; в центральной же части — в миллионы раз выше. Если бы там оказалась Земля, то на ее ночном небосводе пылало бы 10 тысяч таких же ярких звезд, как Сириус, причем часть их была бы видна даже в дневные часы. Все эти звезды находились бы ближе к нашей планете, не¬жели Проксима Центавра, ближайшая к Солнцу звезда (расстояние между ней и Солнцем составляет 4,3 световых года).
Обращаясь вокруг галактического центра, шаровые скопле¬ния испытывают приливные воздействия со стороны галакти¬ки — подобно тому, как их испытывает Луна, кружащая возле Земли. Жертвами этого становятся, прежде всего, звезды, рас¬положенные на периферии скопления. Они покидают его.
Так, наблюдая с помощью очень большого телескопа, соору¬женного на севере Чили, за шаровым скоплением М12, которое находится на расстоянии 16 тысяч световых лет от Солнечной системы, астрономы убедились, что там гораздо меньше легких звезд, чем ожидалось. По-видимому, почти все пребывавшие на периферии небольшие звезды, чья масса составляла не более трети массы Солнца, покинули свою звездную систему и вош¬ли в состав Млечного Пути. С похожим явлением исследова¬тели столкнулись, наблюдая за шаровыми скоплениями NGC 6218 и NGC 2298 возрастом около 12 миллиардов лет. Впрочем, по оценке астрономов, пройдет еще 30 миллиардов лет, прежде чем эти объекты окончательно исчезнут.
Дело, кстати, не ограничивается похищением отдельных звезд. Под действием приливных сил шаровые скопления могут просто разорваться, как явствует из расчетов, проделанных еще в 1960-е годы. Наблюдения последних лет подтвердили эту гипотезу. Остатки подобных скоплений астрономы не раз обнаруживали в Млечном Пути. Всего же, по их оценке, в одной только нашей Галактике распалось от 350 до тысячи с лишним шаровых скоплений, когда-то входивших в ее состав.
Может статься, что многие шаровые скопления являются...«не-настоящими». Это — остатки карликовых галактик, поглощение более крупными звездными системами. Во время подобных ката¬строф эти галактики лишались всех своих звезд, находившихся на периферии, а из их центральных областей формировались шаровые звездные скопления. В пользу этой гипотезы говорит то, что не¬которые скопления очень неоднородны. Их звезды — в отличие oт звезд, составляющих подлинные шаровые скопления, — заметно разнятся и по своему возрасту, и по химическому составу.
Один из самых известных тому примеров — шаровое скопление Omega Centauri, наиболее яркое и массивное скопление Млечного Пути, расположенное в созвездии Центавра (Кентавра). Оно состоит из двух популяций звезд, чего в обычных шаровых скоплениях не наблюдается. Примерно четверть звезд здесь окрашены в голубые тона, остальные — в красные. Вопреки ожиданиям ученых, эти голубые звезды содержат больше тяжелых элементов, чем красные. Это тоже неожиданность, ведь обычно звезды, обогащенные тяжелыми элементами, окрашены именно в красные цвета.
Астроном Джанпаоло Пиотто из Падуанского университета, объясняя эти странные наблюдения, предположил, что голубые звезды в этом шаровом скоплении, образовавшемся всего через один-два миллиарда лет после Большого взрыва, содержат в полтора раза больше гелия, чем красные. Расчеты показали, что в таком случае они должны состоять на 39 % из гелия. Поразитель¬ная концентрация — особенно если вспомнить, что сразу после Большого взрыва наша Вселенная содержала лишь 24 % гелия. К слову, в Млечном Пути за 8 с лишним миллиардов лет, про¬шедших от начала формирования этой галактики до появления Солнца, количество гелия, содержащегося в недрах звезд, тоже возросло, но не так значительно: с 24 до 28 %.
Сейчас Млечный Путь продолжает пополняться новыми шаровидными скоплениями, ведь он поглощает карликовую галактику Сацтариус, расположенную в созвездии Стрельца. Четыре шаровых скопления, принадлежавших Сагитариусу, уже перешли в состав нашей Галактики.
Очевидно, вследствие космического «каннибализма» появился и особый тип шаровых скоплений — громадные звездные системы, протянувшиеся на несколько сотен световых лет. Их плотность в 100 раз меньше, чем плотность обычных шаровых скоплений. По¬добные объекты обнаружили в 2005 году в туманности Андромеды. Они располагаются в сферическом гало, окружающем соседнюю галактику, на расстоянии около 200 тысяч световых лет от ее центра. В принципе, они занимают промежуточное положение между шаровым скоплением и карликовой шаровидной галактикой. Ученые пока не могут объяснить, как образовались эти объек¬ты. Непонятно также, почему подобных нет в составе нашей Галактики. И, спрашивается, можно ли найти такие скопления в других галактиках?
...Астрономы привыкли считать шаровые скопления очень скучными объектами. Более всего они напоминали им гвардей¬ские части, выстроенные на парад: вот они, «солдаты Вселенной», все, как на подбор, одного возраста и роста, все в одинаковых мундирах, все оцепенело застыли. Кажется, сколько ни всматри¬вайся в них, ничего необычного не увидишь. Вот и в шаровых скоплениях, как на строевом плацу, ничего неожиданного, ка¬залось бы, не обнаружить. Несколько сотен тысяч звезд одного возраста, одного химического состава, кружат, как заведенные, по небосводу, и вот уже миллиарды лет этот космический меха¬низм не дает никаких сбоев. Все повторяется, повторяется. Однако наблюдения последних лет показывают, что эти расхожие представления ошибочны. Стандартную теорию возникновения шаровых скоплений, похоже, придется пересмотреть.
Шаровые скопления долгое время считались реликтами оставшимися от ранней эпохи Вселенной. Сценарий их появления был следующим. Когда под действием собственной силы тяжести гигантские облака первородного газа, заполнявшие космос, сжимались, то из отдельных уплотнений, образовавших вокруг будущих галактик, стали возникать шаровые звездные скопления. Их траектории еще и сегодня очерчивают контура тех облаков газа.
Однако этот сценарий, как понятно теперь, верен отнюдь не полностью. И даже не наполовину. Компьютерные модели и результаты наблюдений, проводимых с помощью новейших телескопов, заставляют по-новому взглянуть на происхождение шаровых скоплений и их природу. Процессы, протекавшие во Вселенной в далеком прошлом, оказались значительно сложнее строгой схемы.
Еще недавно принято было считать, что все шаровые скопления, как счастливые семьи, похожи друг на друга. Теперь становится ясно, что эти объекты очень неоднородны. Они могут возникать по-разному. В одних случаях формируются сразу, целиком, в других — за счет слияния отдельных небольших звездных систем. Они заметно разнятся по своей массе, химическому составу, плотности и даже возрасту. Шаровые скопления нельзя называть лишь «наследием далекого прошлого Вселенной». Похоже, они образуются в галактиках по сей день.
Еще в 1975 году канадский астроном Сидней ван ден Берг обна¬ружил в Большом Магеллановом Облаке пару шаровых скоплений, которые заметно моложе, чем другие скопления в этой соседней галактике. Их возраст — около 3 миллиардов лет.
В 1990-е годы у астрономов сложилась уверенность в том, что есть два класса шаровых скоплений. Одни из них окрашены в го¬лубой цвет, другие — в красный. Их окраска указывает на то, что они образовались в разное время и что механизм формирования их разнится.
По всей видимости, голубые шаровые скопления возникли 0чень давно, вскоре после Большого взрыва. Возраст древнейших звезд в них — от 12 до 13 миллиардов лет. Они формировались в локальных уплотнениях первородного газа, почти равномерно рас-текавшегося по Вселенной.
Уже в ту далекую эпоху она была заполнена не только газом, но и загадочным темным веществом, которое состоит из не извест¬ных науке элементарных частиц. По оценке космолога Джеймса Пиблса из Принстонского университета, вскоре после Большого взрыва в нашей Галактике образовались облака, содержавшие до 100 миллионов солнечных масс темного вещества и нескольких миллионов солнечных масс водорода и гелия. Но, к удивлению астрономов, в то время как в гало различных галактик, в том числе и карликовых галактик, содержится большое количество темного вещества, в шаровых скоплениях его по неизвестной причине не обнаруживают.
Вообще говоря, процессы образования первых галактик и их эволюция кажутся теперь гораздо более сложными, нежели пару де¬сятилетий назад. Зарождение галактик, их столкновения и слияния сыграли важную роль и в формировании шаровых скоплений.
Еще в 1980-е годы американский астроном Франсуа Швейцер предположил, что вихревые процессы, возникавшие при столкно¬вении первых галактик, сопровождались уплотнением газовых облаков, и это приводило к появлению шаровых скоплений. При столкновении спиральных галактик, уже содержавших шаровые скопления, возникала новая их генерация. Этот «галактический каннибализм» способствовал рождению молодых скоплений, окра¬шенных в красные цвета.
Того же мнения придерживается и Кит Ашман из университета Миссури: «При зарождении спиральных галактик образуются ша¬ровые скопления. А когда эти галактики сталкиваются, возникают новые шаровые скопления». Кит Ашман и его коллега Стивен Зепф из Мичиганского университета выдвинули подобную гипотезу и предсказали, что существуют две генерации шаровых скоплений, еще в 1992 году — до того астрономам удалось обнаружу эти молодые скопления.
Теперь они известны, например, в галактиках NGC 1275 g NGC 7252 и, прежде всего, в так называемых «галактиках Антен¬ны» NGC 4038 и NGC 4039. По¬следние находятся в созвездии Ворона, на расстоянии 63 мил¬лионов световых лет от Земли. Галактики Антенны —NGC 4038. Это две самые близкие к нам и NUC4039 столкнувшиеся галактики. Свое название они получили из-за двух вытянутых полос газа и звезд так видоизменились их спирали под действием силы притяжения соседней галактики. Подобные полосы напоминают усики («ан¬тенны») насекомых. Результатом слияния «звездных островов»; является эллиптическая галактика.
Наблюдая за этой космической катастрофой, Швейцер и его коллеги обнаружили несколько сотен молодых массивных звездных скоплений, которые можно назвать «протошаровыми скопления¬ми». Они насчитывают до миллиона звезд и образовались всего несколько десятков миллионов лет назад. Разумеется, лишь часть этих скоплений уцелеет, остальные со временем распадутся, а звезды, составлявшие их, рассеются на просторах галактики.
Тем более, пока не подтверждено, что из подобных скоплений звезд могут вырасти настоящие шаровые скопления, а потому все; сказанное остается лишь гипотезой. Кроме того, галактики редко сталкиваются, и если даже при их коллизии образуется сотни шаровых скоплений, то почему, например, эллиптическая галактика М 87 содержит свыше 10 тысяч шаровых скоплений? Она, что, образовалась в результате последовательного (или одновременного?) столкновения десятков галактик? Или, может быть, при столкновениях галактик в ту пору, когда наша Вселенная была молодой, возникало гораздо больше шаровых скоплений? «Я полагаю, — пишет канадский астроном Уильям Харрис, рассуждая о галактике М 87, — что большинство этих красных скоплений образовалось за счет слияния газовых облаков на ранней стадии существования вселенной. Наверняка играли важную роль и какие-то другие фи¬зические процессы — вопрос только в том, какие».
Различные модели формирования шаровых скоплений требуют скрупулезной проверки. Модели же эти, резюмируем сказанное, таковы:
а) Двухступенчатый коллапс. Голубые шаровые скопления образуются при коллапсе протогалактических облаков, которые почти не содержат тяжелых элементов. Через несколько миллиар¬дов лет после этого наступает вторая фаза коллапса, которая при¬водит к формированию красных шаровых скоплений. Звезды, их составляющие, содержат значительно больше тяжелых элементов, которые образовывались после взрывов первых звезд. Однако эта теоретическая модель окончательно не разработана.
б) «Иерархическое образование». Красные шаровые скопления вырастают из газовых облаков, которые сливаются друг с другом, что приводит к возникновению новых галактик и новых шаровых скоплений. Но эта модель с трудом поддается проверке.
в) При столкновении и слиянии спиральных галактик образуют¬ся громадные эллиптические галактики. Эта катастрофа приводит к появлению новых — сравнительно молодых — шаровых скоплений. Недостаток этой гипотезы в том, что при столкновении галактик зарождается слишком мало шаровых скоплений.
г) Эллиптические галактики поглощают расположенные по¬близости от них карликовые галактики и при этом «присваивают» себе их шаровые скопления. Однако, если эта гипотеза верна, то эл¬липтические галактики должны поглотить очень много карликовых галактик, чтобы обзавестись тем количеством шаровых скоплений, которым они обладают.
В принципе, различные сценарии формирования шаровых скоплений отнюдь не противоречат друг другу. Так как все-таки рождаются эти скопления?
А.В. Волков. "Сто великих загадок астрономии"
| << Назад | Вперёд >> |
