Полосатая спиралевидная структура 4 страница
Маленькое Облако тоже сильно искажено теми же гравитационными силами, и его нынешняя структура не имеет особого значения. Исходя из размеров этого Облака, можно сделать вывод, что до искажения его структуры оно было поздней эллиптической или ранней спиралевидной галактикой. Вывод, что оно моложе, чем Большое Облако, к которому мы приходим на основании относительных размеров, подтверждается следующим фактом: Маленькое Облако содержит смесь вида звезд, обнаруженных в шаровых звездных скоплениях и сейчас называемых Популяцией II, и вида, обнаруженного в спиралевидных рукавах, который сейчас называется Популяцией I, в то время как звезды Большого Облака преимущественно относятся к Популяции I.
Длинный рукав Большого Облака, уходящий далеко в пространство в сторону, противоположную нашей галактике, является видимым свидетельством недавней истории Облака. Гравитационное притяжение Галактики действует на каждый компонент Облака индивидуально и на структуру в целом, поскольку Облако - это набор дискретных единиц, в котором силы сцепления и разрушения уравновешены. Равновесие совсем не прочное, и когда на равновесие в Облаке накладывается дополнительная гравитационная сила, некоторые звезды отделяются от совокупности. Разница между силами, действующими со стороны нашей галактики на близлежащие звезды Облака, и силами, действующими на самые отдаленные звезды, была не важна, когда Облако было далеко, но когда оно приблизилось к Галактике, разница сил увеличилась до значительных уровней. Пока главное тело ускорялось за счет увеличения гравитационного притяжения, некоторые отставшие не могли поддерживать большую скорость, и когда они оставались позади, разница сил становилась еще больше. Поэтому Облако оставляло позади светящийся хвост, отмечая пройденный путь.
|
|
|
Рисунок 1
Это не отдельный феномен. Маленькие галактики могут втягиваться в большие единицы, не оставляя позади видимое свидетельство, поскольку количество вовлеченного материала слишком мало, чтобы обнаруживаться на больших расстояниях. Но когда приближаются друг к другу две большие галактики, мы обычно наблюдаем светящиеся хвосты только что описанной природы. Рисунок 1 – это схема структурных деталей, которые видны на фотографиях галактик NGC 4038 и 4039. Здесь мы можем видеть, что одна галактика приблизилась снизу справа схемы и изогнулась на 90º. Другая двигалась вниз из центра сверху и прогнулась по направлению к первой. Когда действие завершится, возникнет одна большая спираль, движущаяся вперед к своей конечной цели, оставляя за собой хвосты блуждающих звезд, притягивающихся индивидуально или подхваченных другой совокупностью, которая появится позже. Сообщается, что на фотографиях, сделанных 48-дюймовым телескопом на Горе Паломар, видно несколько тысяч “мостов”, возникших в результате взаимодействия между галактиками. Одни являются хвостовыми рукавами, подобными изображенным на рисунке 1. Другие – это высшие единицы, которые несутся впереди основного тела. Большая скорость высших звезд тоже достигается за счет гравитационной разницы между различными частями входящей галактики, но в данном случае отделившиеся звезды находятся ближе всего к источнику гравитационного притяжения и, следовательно, подвергаются действию большей силы.
|
|
|
Иррегулярности того или иного вида обычны у очень маленьких галактик, но они не являются обычными предвестниками грядущих событий как гравитационные искажения вида искажений Магелланова Облака. Наоборот, они являются остатками уже произошедших событий. Захват шарового звездного скопления маленькой галактикой – главный шаг в эволюции совокупности. Консолидация с другой маленькой галактикой – революционное событие. Поскольку относительно большое искажение галактической структуры за счет тех или иных событий сочетается с медленным возвращением к обычному состоянию благодаря низкой скорости вращения, у меньших галактик структурные нерегулярности сохраняются очень долго. В любое конкретное время количество маленьких иррегулярных совокупностей соответственно велико.
|
|
|
Хотя после основной консолидации общая спиралевидная структура больших галактик восстанавливается относительно быстро за счет высоких скоростей вращения, ускоряющих процесс смешения, некоторые данные структуры обладают особенностями, которые, кажется, связаны с недавними захватами. Например, мы отмечаем, что ряд спиралей обладает полуприлегающими массами или необычными концентрациями массы в спиралевидных рукавах, которые трудно объяснить как продукты недавнего развития самой спирали, но они легко могли бы быть результатом недавних захватов. Например, представляется, что внешняя масса NGC 5195, прилегающая к одному из рукавов М 51, обладает признаком недавнего приобретения (хотя по поводу истинного статуса этого объекта имеется расхождение во мнении). Комковатое распределение материи у М 83 вносит в эту галактику аспект недавнего еще не устоявшегося смешения; NGC 4631 выглядит так, как будто он содержит еще не усвоенную массу, и так далее.
|
|
|
Изучение “полосатых” спиралевидных галактик тоже приводит к выводу, что такие объекты являются галактическими объединениями, еще не достигшими обычной формы. Представляется, в данном случае переменным фактором является время, требующееся для консолидации центральных масс комбинирующихся галактик. Все, что нужно, - это чтобы направления движения были такими, чтобы привести одну галактику в близость с другой. Тогда гравитационная сила совершает изменение направления, требующееся для приведения в контакт двух объектов. Если пролет, который необходимо покрыть гравитационным действием, относительно велик, силы вращения могут создавать характерную спиралевидную форму во внешних районах комбинации перед тем, как завершится консолидация центральных масс. И в промежутке галактическая структура представляет обычную спираль с двойным центром.
Рисунок 2
Полосатая спиралевидная структура
Рисунок NGC 1300
Рисунок М 51
Рисунок 2 (а) демонстрирует структуру полосатой спиралевидной галактики NGC 1300. Здесь два выступающих рукава завершаются в центрах массы а и b, каждый из которых связан с галактическим центром с посредством моста из плотного материала, образующего тяж. На основании вывода предыдущего параграфа мы можем рассматривать а и b как исходные ядра галактик А и В - двух совокупностей, консолидация которых создала NGC 1300. Гравитационные силы между а и b модифицируют поступательные скорости масс так, что вынуждают эти массы спиралевидно закручиваться вокруг общего центра гравитации, нового галактического ядра. Но процесс значительно замедляется после того, как галактика стабилизируется до устойчивого вращения, поскольку лишь избыточная скорость, выше скорости вращения структуры в целом, двигает центры массы а и b по спиралевидным траекториям. Тем временем, гравитационное притяжение каждой массы выталкивает индивидуальные звезды выше другого центра массы и создает новое галактическое ядро между двумя другими массами. Поскольку NGC 1300 продолжает свою эволюцию, мы можем ожидать, что она постепенно разовьется в структуру, такую как структура на рисунке (b), который показывает рукава М 51. Рисунок 2 (с) указывает, как выглядела бы М 51, если бы центральные части рукавов перемещались. Структурное подобие с NGC 1300 очевидно.
Дополнительное свидетельство относительно недавнего захвата будет приводиться в главе 8, после установления дальнейших основ. А пока будет определен эволюционный паттерн звезд, составляющих скопления и галактики, и будет показано, что эволюция звезд соответствует паттерну эволюции галактик, как описано в настоящей главе. В конечном счете, результаты, полученные из разных линий исследования, прибавляют огромный массив свидетельства, подтверждающего правомочность теоретического процесса эволюции галактик, начиная с разреженной материи и кончая гигантскими сфероидальными галактиками.
Картина непрерывного роста от шарового звездного скопления до сфероидальной галактики, растягивающегося на период многих миллиардов лет, пребывает в прямом конфликте с превалирующей астрономической точкой зрения, рассматривающей галактики как сформированные из разреженной материи на ранней стадии развития вселенной и оставшиеся в тех же условиях, в которых они были сформированы изначально. Различие между этой точкой зрения и тем, что выведено из СТОВ, графически иллюстрируется доводом, предложенным Шкловским в поддержку точки зрения, что в галактике должен работать процесс образования звезд. Он указывает, что, по крайней мере, одна из звезд Галактики “умирает” каждый год при взрыве в сверхновую звезду, а затем продолжает: “Чтобы звездное племя не вымерло, в нашей Галактике ежегодно должно формироваться много новых звезд”.9 В то время как наши открытия изображают Галактику не только как непрерывно притягивающую единичные звезды, но и периодически поглощающую шаровое звездное скопление и даже время от времени маленькую галактику, Шкловский даже не хочет признать захват одной звезды в год.
Аналогичная точка зрения отражается в современной тенденции пытаться объяснить шаровые звездные скопления, обнаруженные в межгалактическом пространстве, как уходящие, а не входящие. Эти “межгалактические бродяги”, говорится в одном из текстов, на самом деле могут быть шаровыми звездными скоплениями, уходящими из нашей Галактики”.10 Даже звезды с гало, окружающие Галактику, рассматриваются как беглецы из исходной галактической системы, а не входящая материя.
В странном соседстве с такой бескомпромиссной ортодоксальной точкой зрения существует широко распространенное и растущее осознание преобладания галактического каннибализма. Например, Джозеф Силк говорит: “Представляется, гигантские галактики выросли за счет других галактик в их скоплениии”.11 М. Дж. Риз высказывается так:
“Мы можем видеть множество примеров, когда галактики соударяются и сливаются друг с другом, и в богатых скопленииях, таких как Кома, большие центральные галактики могут поглощать своих более мелких соседей… Возможно, много больших галактик, особенно так называемых CD галактик в центрах скоплений, являются результатом подобных слияний”.12
Кластер Кома глазами Хаббла
Усиливается желание осознать данные наблюдений о соударениях галактик. После ряда лет, на протяжении которых гипотеза соударения, раньше применяемая к таким мощным радио излучателям как Лебедь А, считалась ошибкой, она вновь вышла на поверхность и сейчас широко принята. Сейчас мы часто встречаем такие недвусмысленные утверждения как это: “За последние 20 лет было сфотографировано несколько сотен соударений или почти соударений между галактиками”.13
Концепции галактического каннибализма, “роста” галактик, “захвата” и “соударения” принадлежат теории, развитой в данной работе, а не общепринятой астрономической теории. Осознают ли исследователи, пользующиеся нашей теорией, что они подрывают устои ортодоксальной теории, или нет, неясно, но в любом случае, это эффект современной тенденции мышления. Современные исследователи и теоретики предоставляют все увеличивающийся массив свидетельств в поддержку выводов данной работы.
Осталось рассмотреть еще один вопрос о процессе концентрации. При исследовании данного процесса мы обнаружили, что исходные звездные совокупности, шаровые звездные скопления, входят в комбинации, продолжающие расти до тех пор, пока не достигнут статуса гигантских сфероидальных галактик. Тогда возникает вопрос: “Завершается ли на этом процесс концентрации, или галактики комбинируются в сверхгалактические совокупности?” Представляется, существование многих определенных групп галактик с дюжинами или тысячами членов предлагает ответ на вопрос, но истинный статус подобных групп или кластеров галактик не так очевиден как статус звезд или галактик. Каждая звезда – это определенная единица, построенная согласно конкретному паттерну из дочерних единиц, системно связанных друг с другом. То же самое можно сказать о галактиках. Однако вовсе не очевидно, что такое утверждение можно отнести к кластерам галактик. Поэтому давайте вернемся к теоретическому исследованию вопроса.
Мы обнаружили, что шаровое звездное скопление возникает как сжимающаяся совокупность разреженной материи, в которой формируется многочисленные, центрально сконцентрированные подсовокупности. За счет центральной концентрации подсовокупности, которые со временем становятся звездами, встречаются со своими соседями в местах минимального гравитационного влияния. Таким образом, их итоговое движение является движением наружу, друг от друга. С другой стороны, рассеянные совокупности почти однородной плотности встречают своих соседей в местах, где гравитационное влияние максимально. Они существуют как отдельные единицы лишь из-за соперничества между разными центрами, которое ограничивает каждую совокупность минимальным, устойчивым размером. Когда по причине сжатия индивидуальных единиц появляется открытое пространство, совокупности, шаровые звездные скопления, движутся вовнутрь, друг к другу.
Если сейчас мы рассмотрим еще больший объем пространства, в нем нет крупномасштабных совокупностей, соответствующих звездам; то есть, нет центрально сконцентрированных совокупностей, находящихся вне гравитационных пределов их соседей. Но в исходном состоянии набор шаровых звездных скоплений составляет рассеянную совокупность, подобную рассеянной совокупности частиц газа и пыли, но в более крупном масштабе. Применяя те же принципы, что и раньше, мы можем прийти к следующему выводу: Существует определенный гравитацией ограниченный размер совокупностей скоплений (которые мы будем называть группами), соответствующий ограниченному размеру совокупностей газа и пыли (шаровых звездных скоплений). Мы могли бы продолжить иерархию совокупностей и получить совокупность групп. Но перед тем как появляется время для материализации следующего уровня структуры, жизнь составляющих звезд прекращается. Поэтому группы шаровых звездных скоплений, которые, в конце концов, становятся группами галактик, являются самыми большими структурными единицами. Таким образом, иерархическая теория, в которой имеются скопления, скопления скоплений и так далее до бесконечности, исключается. Такая теория годами получала некоторую поддержку в астрономических кругах, но на основании вышеизложенных открытий она больше не разумна.
Теоретически определенные группы галактик не обязательно совпадают с ныне осознанными совокупностями, называемыми скоплениями галактик. Члены каждого класса совокупностей, которые мы определили, скоплений и групп, движутся вовнутрь по направлению друг к другу. Движение вовнутрь меньших единиц, скоплений, намного быстрее. Из этого следует, что итоговое движение внешних скоплений соседних групп уносит их друг от друга, даже хотя группы, компонентами которых они являются, движутся вовнутрь. Следовательно, количество пустого пространства между группами непрерывно увеличивается. В конце концов, движение вовнутрь групп изменило бы эту тенденцию, если бы она продолжалась, но до того, как это может происходить, вмешивается ограничение времени.
Ввиду того, что новые группы формируются в регионах пространства, остающихся пустыми в результате рецессии или разрушения ранее существующих групп галактик, “дырах” в пространстве, о которых сообщают астрономы, размеры возникающих совокупностей галактик определяются размерами пустых пространств. Это дело случая, и, несомненно, индивидуальные величины распределяются в значительной области, но можно сделать вывод о наличии среднего размера, возможно, включающего несколько сотен видимых галактик и многие сотни невидимых карликов. К среднему размеру будет приспосабливаться большинство совокупностей, и лишь небольшое число совокупностей будет значительно больше или меньше среднего размера.
На этом основании самые большие единицы, в которых гравитация способствует консолидации компонентов, - это группы галактик. Каждая такая группа формируется одновременно с рядом соседних групп. Группы сразу же начинают разделяться. Но до тех пор, пока движение наружу не создает ярко выраженное разделение, их идентичность как отдельных индивидуумов не очевидна наблюдению. Таково объяснение больших “скоплений” и “сверх скоплений” галактик. Они не являются структурными единицами в том смысле, в каком ими являются звезды, галактики или группы галактик, которые мы обсудили. Каждая состоит из ряда независимых групп, сформировавшихся одновременно в одном и том же общем регионе пространства, и разделяющихся так медленно, что процессы формирования и роста галактик происходят до тех пор, пока единицы не отодвинутся друг от друга настолько, чтобы восприниматься как отдельные сущности. Некоторые математические аспекты отношений скоплений будут обсуждаться в главе 15.
Глава 3
Шаровые звездные скопления
В предыдущей главе мы видели, что галактики (маленькие, названные шаровыми звездными скоплениями) конденсируются из разреженного материала, растут с помощью сращивания и захвата и, наконец, на продвинутой стадии достигают ограничивающего размера – размера гигантской сфероидальной галактики. Такова суть широкомасштабного процесса эволюции в материальном секторе вселенной – темы первой части данного тома. Несколько следующих глав будут посвящены исследованию самых значимых деталей этого процесса. Сначала мы обратим внимание на галактики младшего возраста – шаровые звездные скопления.
В этой связи следует заметить, что в современной астрономической теории отсутствует объяснение, как для образования скоплений, так и их существования в настоящей форме. Обычно допускалось, что скопления являются продуктами процесса формирования галактики, но это не дает ответа на проблему в свете отсутствия чего-то большего, чем смутные и опытные идеи о том, как сформировались галактики.
Скопления – это сферические или почти сферические совокупности, состоящие из 20.000 звезд – до максимума; мнения о максимуме расходятся, возможно, около миллиона звезд. Они содержатся в пространстве с диаметром 5-25 парсек. Парсек – это единица расстояния, эквивалентная 3,26 световых лет. Обычно в астрономии используются обе единицы, и чтобы приспособиться к языку выражения информации, извлеченной из астрономической литературы, на последующих страницах будут использоваться обе единицы.
Долгое время структура скоплений оставалась тайной. Проблема в том, что лишь одна сила любой значимой величины, сила гравитации, определялась как сила, работающая в скоплениях. Ввиду того, что гравитационная сила увеличивается с уменьшение расстояния, сила, адекватная для удерживания скопления, должна быть больше, чем сила, стягивающая составляющие звезды в одну единичную массу. Никогда не прояснялось, почему этого не происходит. Очевидно, против гравитации работает какая-то противоположная сила, но астрономам не удалось обнаружить никакую такую силу. Естественно предлагает себя орбитальное движение, в свете преобладания такого движения среди астрономических объектов, но вращения скоплений, если они вообще вращаются, слишком невелики, чтобы рассматриваться в качестве внешней силы. Например, К. Кадворт, сообщая об изучении М 13, говорит, что “не было обнаружено никакого свидетельства вращения скопления”.1 Понятно, что проблема ждет своего ответа. “Почему вращение шарового звездного скопления так невелико?”2 – спрашивают Фримен и Норрис. Те, кому не нравится наличие пробела в астрономическом знании, склоняются к тому, что несколько скоплений демонстрируют какие-то признаки вращения. Например, Омега Центавра слегка сплющена, и в спектрах М 3 обнаруживается указание на вращение. Но демонстрация вращения некоторых скоплений незначима. Все они должны вращаться достаточно быстро, чтобы придать значимость гипотезе о силе вращения, противостоящей гравитационному притяжению. Если не вращается хотя бы одно скопление или вращается медленно, этого достаточно для демонстрации того, что это вращение не является ответом на проблему. Таким образом, ясно, что вращение не обеспечивает требуемой противоположной силы.
Дата добавления: 2018-09-20; просмотров: 168; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!