Александр Громов - Удивительная Солнечная система

Здесь необходимо пояснение. Звезды в Галактике движутся преимущественно не по кеплеровским законам, предписывающим меньшие орбитальные скорости на больших расстояниях. Картина движений звезд в Галактике гораздо более сложная, обусловленная, во-первых, тем, к какой подсистеме – плоской или сферической – принадлежит звезда. Измерив в свое время лучевые скорости шаровых скоплений, астрономы были удивлены: оказалось, что эти «звездные колобки» движутся относительно нас со скоростями порядка 200–250 км/с, причем в одну сторону. Что-то тут было не так. Вскоре пришла догадка: это мы движемся с такой скоростью относительно сравнительно малоскоростных шаровых скоплений. А в чем состоит принципиальная разница между звездным населением в окрестностях Солнца и шаровым скоплением? Прежде всего – в принадлежности к разным подсистемам. Солнце – звезда второго поколения – родилось и движется в галактическом диске, тогда как шаровые скопления концентрируются к центру Галактики и в пределах диска могут оказаться только случайно. Следовательно, «плоская» подсистема вращается значительно быстрее «сферической» подсистемы.

Многочисленные исследования полностью подтвердили этот тезис. Но и внутри галактического диска звезды обращаются вокруг центра Галактики с неодинаковыми и чаще всего не кеплеровскими скоростями. Лишь в самых центральных областях галактического ядра, где преобладает тяготение «центрального монстра», звезды движутся по орбитам, в первом приближении похожим на кеплеровские. Но чем дальше от центра, тем меньшее влияние оказывает «центральный монстр» (напомним: в нашей Галактике его масса оценивается в 3 млн масс Солнца) и тем сильнее влияет на всякий движущийся объект тяготение галактического диска.

Открывший вращение Галактики голландский астроном Оорт (тот самый, чьим именем названо облако ледяных тел на дальней периферии Солнечной системы) вывел простую и красивую формулу скорости тела, движущегося в галактическом диске, как функцию его удаленности от центра Галактики. Из формулы Оорта следует, что до некоторого (довольно значительного) расстояния от центра Галактики скорости звезд будут возрастать линейно, но затем функция испытает перегиб, и на краю галактического диска скорости звезд уже будут падать с расстоянием от центра, причем чем дальше, тем больше это будет похоже на кеплеровское распределение скоростей. Оно и понятно: если орбита звезды пролегает на краю галактического диска, то основная масса галактики сосредоточена внутри орбиты и может быть в первом приближении сведена в точку; влиянием же масс, находящихся снаружи орбиты, можно и пренебречь.

На практике оказалось, что на больших расстояниях от центра звёзды в спиральных галактиках ни в какую не хотят подчиняться формуле Оорта: их орбитальные скорости уменьшаются с расстоянием значительно медленнее, чем предписывает им формула. Объясняется это влиянием «темного вещества», проявляющего себя только через гравитацию. Доля «темного вещества» в общей массе галактик просто-напросто преобладает, причем «темное вещество» занимает гораздо больший объем, нежели обычное галактическое вещество. Галактики (возможно, не все, но многие) погружены в обширные гало, состоящие из невидимого «темного вещества»… Но это к слову; мы говорим сейчас о другом.

Солнце, находясь немного ближе к краю галактического диска, нежели к центру, попадает в тот отрезок, где орбитальные скорости звезд все еще растут с увеличением расстояния от галактического центра. Орбитальная скорость Солнца принимается равной 220 км/с. Полный оборот вокруг Галактики Солнце делает за 220–230 млн лет.

У астрономов давно уже возник очень не праздный вопрос: а какова скорость движения Солнца относительно спиральных рукавов? Еще полвека назад такой вопрос показался бы странным – но, с другой стороны, не менее странным было то обстоятельство, что рукава спиральных галактик редко оборачиваются вокруг галактических балджей больше двух раз, чаще даже не более одного, тогда как возраст Вселенной и скорости вращения галактик, легко находимые по доплеровскому сдвигу, четко говорят о том, что практически все галактики с момента рождения успели сделать десятки оборотов. Противоречие было необходимо разрешить.

В 1964 году астрономы китайского происхождения из США Ц. Лин и Ф. Шу, развивая идеи шведского астронома Линдблада, выступили с теорией, согласно которой спиральные рукава представляют собой не некие постоянные материальные образования, а волны плотности вещества, выделяющиеся своей яркостью на общем фоне галактического диска прежде всего потому, что в них идет активное звездообразование. Звезды диска в своем орбитальном движении входят в рукав, несколько задерживаются в нем, поскольку рукав все-таки обладает повышенной гравитацией, и затем покидают его. Если орбита звезды лежит внутри определенного радиуса, то звезда догоняет рукав, входит в него с тыловой, вогнутой стороны и выходит с внешней, выпуклой стороны. Если же орбита звезды лежит за этим радиусом, то все наоборот: рукав догоняет звезду, включает ее на некоторое время в свой состав, а затем обгоняет. Но массивные звезды спектральных классов О и В, бешено транжирящие ядерное «горючее» на поддержание своего колоссального излучения, не успевают покинуть рукав и кончают в нем свою короткую, но яркую жизнь, обычно завершающуюся взрывом сверхновой.