Галактическое вращение

Галактическое вращение

Из года в год мы видим в небе одни и те же созвездия. Их очертания не меняются. Создается впечатление, что положение небесных светил в пространстве с течением времени остается неизменным. Но впечатление это обманчиво. Звезды движутся и движутся с огромными скоростями. Так, наше Солнце, обращаясь вокруг центра Галактики, несется со скоростью около 250 км/с. Это более чем в 8 раз превосходит скорость движения Земли по околосолнечной орбите. Полный оборот вокруг галактического центра Солнце завершает примерно за 250 миллионов лет (так называемый галактический год).

Вокруг центра Галактики обращаются и все другие объекты, которые входят в ее состав. Однако это галактическое вращение не похоже на обращение планет вокруг Солнца. В то время как в Солнце сосредоточена подавляющая часть массы Солнечной системы, масса галактического ядра составляет всего около 5 миллионов солнечных масс. Поэтому любая звезда или другой объект испытывает притяжение не только со стороны галактического центра, но и всей массы окружающих звезд. Это не может не сказываться на характере движения галактических объектов и форме их орбит.

Наблюдения показывают, что гало вращается со сравнительно небольшой скоростью. На расстоянии около 30 тысяч световых лет от центра Галактики (то есть на том расстоянии, где расположено Солнце) эта скорость составляет около 50 км/с. Что же касается звезд диска, то они движутся значительно быстрее. В районе Солнца у них такая же скорость, как и у нашего дневного светила – то есть 250 км/с. Однако не следует думать, что все звезды, принадлежащие к сферической или плоской подсистеме, движутся как единое целое. У звезд, которые входят в состав гало, скорости различаются весьма существенно. Это различие достигает 150 км/с. Что же касается звезд диска, то у них оно значительно меньше. Но и в диске, например, старые звезды, участвуя в галактическом вращении, движутся на 10-15 км/с медленнее, чем молодые.

Причем, чем больше возраст того или иного типа звезд, тем значительнее различаются скорости (или, как ее называют астрономы, дисперсия скоростей) представителей этого типа космических объектов. Как мы знаем из истории происхождения и эволюции Солнечной системы, характер современных движений космических объектов – это след прошлого в настоящем. Иными словами, особенности движений, о которых идет речь, связаны с условиями формирования этих объектов в прошлом. Поэтому исследование пространственной структуры подсистем нашей Галактики, характера движений составляющих ее объектов, а также их химического состава – интересно не только само по себе, но и позволяет восстановить картину предшествующей эволюции нашего звездного острова, расшифровать те ее страницы, которые еще не прочитаны.

Например, медленное вращение гало, по-видимому, свидетельствует о том, что на сравнительно ранней стадии эволюции Галактики, когда формировались наиболее старые звезды, действовал какой-то механизм, который предопределил сравнительно невысокие скорости их галактического вращения. Предполагают, что выделявшаяся при сжатии протогалактического водородно-гелиевого облака гравитационная энергия преобразовывалась в кинетическую энергию движения газа и образующихся звезд.

Благодаря росту кинетической энергии, сжатие звездной составляющей довольно быстро прекратилось. Вот почему те звезды, которые образовались в начальный период сжатия протогалактического облака, сохранили сферическое распределение в пространстве, а также тот сравнительно небольшой запас вращения, которым облако обладало в этот момент.

Что же касается газа, то приобретенная им кинетическая энергия в результате столкновения газовых облаков переходила в тепло и излучалась в пространство. Вследствие этого газ продолжал сжиматься, и скорость вращения газовой составляющей в соответствии с законами механики постепенно возрастала. Развивавшиеся при этом центробежные силы в какой-то момент уравновесили сжатие в галактической плоскости, и оно продолжалось лишь вдоль оси вращения. Этот процесс и привел к образованию плотного плоского газового диска. Возникшие в нем звезды образовали быстро вращающуюся плоскую подсистему.

В этой подсистеме и по сей день содержится большое количество газа и пыли. Наличием газово-пылевой материи объясняются хорошо видимые даже невооруженным глазом темные места в Млечном Пути, как бы свободные от звезд. В действительности в этих местах расположены плотные диффузные облака, поглощающие свет более далеких объектов.

Особое внимание в центральной части Галактики привлекает к себе область, расположенная в промежутке от 16 до 19 световых лет от центра. В этом «кольце» наблюдается повышенная концентрация газа и молодых звезд. Некоторые астрономы считают, что именно там и образуются гигантские молекулярные газовые комплексы и звезды.

Еще одна примечательная область – окружающая центр Галактики «дыра» в газовом диске, простирающаяся на расстояние до 9 световых лет. Причины ее возникновения остаются неясными, хотя на этот счет и высказано немало гипотез. Возможно, что интенсивный процесс звездообразования привел в этом районе к дефициту газа или газ, располагавшийся в этой области, по какой-то причине утратил свой «запас вращения» и переместился в центр Галактики. Но, пожалуй, более правдоподобным выглядит предположение о том, что какие-то активные процессы, происходившие в ядре Галактики, отбросили газовые массы в более далекие области. В пользу такой точки зрения говорит существование газовых облаков, располагающихся в центре Галактики на расстояниях порядка 5-6 световых лет от галактической плоскости и удаляющихся от центра нашей звездной системы с весьма высокими скоростями. Быть может, в будущем эти газовые облака вообще покинут галактические пределы.

С другой стороны, на периферии Галактики обнаружены гигантские газовые облака, которые с довольно большими скоростями, достигающими в отдельных случаях 300 км/с, наоборот, приближаются к галактической плоскости. Не исключено, что некоторые из них «втянуты» притяжением нашей Галактики из межгалактического пространства или из соседних галактик. А может быть, эти облака когда-то были выброшены из центральной области и теперь возвращаются обратно, так и не преодолев галактического притяжения.

Как показывают радиоастрономические наблюдения межзвездного водорода на волне 21 сантиметр, вдоль галактической плоскости тянется сравнительно тонкий слой атомарного водорода, постепенно утолщающийся к краям диска. Он состоит из холодных облаков с температурой около 70 К и в 100 раз менее плотного горячего газа, находящегося в пространстве галактической плоскости.