Загадки космоса - Кирилл Федорович Огородников

Характер такого изменения скорости различных частей галактики станет вполне понятным, если представить себя сидящим в автомашине, удаляющейся от вращающейся карусели. Тогда скорость удаления от автомашины различных точек карусели будет различной, поскольку карусель вращается, и это различие более всего заметно на ее краях.

Теперь вспомним об остром ребре галактики, которое не «влезало» в фигуру эллипсоида, «примеренную» к ней. На первый взгляд может показаться, что эта галактика не подчиняется нашим теоретическим рассуждениям. Однако, присмотревшись внимательнее к этому, на первый взгляд незначительному, факту, мы убедимся, что за ним скрывается поучительная история.

Выше мы выяснили, что существует два типа эллипсоидов Маклорена – планетный и дискообразный. А существует ли между ними непроходимая пропасть, или, наоборот, имеется непрерывный переход? Этот вопрос заинтересовал ученых сразу же после того, как были открыты дискообразные эллипсоиды. Вскоре было доказано, что никакого разрыва между эллипсоидами обоих типов не существует, а имеется еще один-единственный эллипсоид, который лежит как раз на рубеже между ними. Для обоих типов он крайний, это одновременно и планетный и дискообразный эллипсоид. Его сжатие равняется 0,6325, а скорость вращения максимально допустимая. Ученые, исследовавшие этот вопрос, теоретически рассчитали, что если скорость вращения по какой-либо причине станет больше максимальной, то такой эллипсоид перестанет быть фигурой равновесия и начнет разрушаться. Поэтому скорость вращения, соответствующую существованию этого нового эллипсоида, называют критической, а сам эллипсоид – граничным.

Вернемся к Е-галактике, изображенной на нижней фотографии рис. 7. Ее сжатие равно 0,7, то есть больше критического. Отсюда напрашивается следующий вывод: возможно, что в далеком прошлом эта галактика ничем не выделялась среди множества других эллиптических галактик, но ее сжатие было сравнительно велико и приближалось к критическому значению. Затем по какой-то причине скорость ее вращения увеличилась и превысила критическую. Но мы уже знаем, что при таких условиях равновесие эллипсоида нарушается, и в прежней форме эллипсоида Маклорена галактика существовать не сможет: она должна начать постепенно разрушаться.

И снова на помощь к нам приходит гидродинамика. Она в состоянии точно сказать, где и как начнется разрушение галактики, переступившей пределы критической скорости вращения. Дело в том, что во всякой вращающейся галактике, как и во вращающейся жидкости или газе, во всех внутренних точках действуют две силы – сила притяжения, всегда направленная внутрь галактики, и центробежная сила вращательного движения, направленная наружу. Центробежная сила зависит от расстояния до оси вращения. Чем больше расстояние, тем больше центробежная сила. В галактике центробежная сила имеет максимальную величину в точках окружности экватора. Там она раньше всего может превысить силу притяжения, и тогда часть вещества галактики начнет отрываться от нее и отлетать в стороны подобно тому, как от вращающего колеса разлетаются во все стороны комья налипшей на него грязи. Изо всех точек экватора начнется истечение материи. Это-то истечение материи мы и наблюдаем в виде острого ребра на экваторе галактики. Ребро вовсе и не должно укладываться в границы эллипсоидов Маклорена. Ведь эллипсоид представляет собой фигуру равновесия, а за пределами критического вращения равновесия не существует!

Истечение вещества с экватора эллиптических галактик подтверждается и другими фактами: во многих случаях одновременно с ребром у галактики существует вдоль экватора темная полоса, которая как бы делит галактику пополам вдоль экватора (рис. 11). Эта темная полоса – несомненно материя, истекающая с экватора галактики.

Остается сказать о причинах, из-за которых скорость вращения галактики может возрастать. В природе действует закон, одинаково справедливый для твердых, жидких и газообразных тел. Его можно назвать законом сохранения количества вращения. Количеством вращения называется произведение массы вращающегося тела на угловую скорость вращения и на квадрат расстояния тела от оси вращения. Согласно этому закону, всякое вращающееся тело обладает строго определенным количеством вращения, которое может измениться только под действием внешнего воздействия. Никакими внутренними усилиями невозможно изменить величины количества вращения или изменить направления оси вращения.

Если расстояние тела от оси вращения уменьшится в два раза, а количество вращения останется неизменным, то скорость вращения возрастет в 2X2 = 4 раза. Этим законом часто пользуются конькобежцы-фигуристы. Если им надо закончить фигуру быстрым вращением, то они в начале фигуры держат руки и колени врозь, а затем, раскрутившись, вытягивают руки вдоль тела и выпрямляют колени. Тогда скорость их вращения сразу резко возрастает.

Галактики настолько удалены друг от друга, что действием сил их взаимного притяжения можно пренебречь. Так, в каждой галактике должно сохраняться определенное, свойственное ей количество вращения. Но в то же время в галактиках почти всегда имеется тенденция к образованию центральных уплотнений или ядер. В процессе образования ядра материя из внутренних областей галактики постепенно стекается к ее центру, и, согласно закону сохранения количества вращения, скорость вращения возрастает, что вызывает истечение вещества с экватора галактики. Итак, мы видим, что строение эллиптических галактик не только не.противоречит теории, но, наоборот, подтверждает ее.

ПОУЧИТЕЛЬНАЯ ИСТОРИЯ SA – и SB-ГАЛАКТИК

В развитии всех наук о природе всегда бывает какой-то начальный период, в который происходит накопление сведений о различных явлениях.

Сравнительно до недавнего времени астрономы изучали только развитые формы галактик. Это был начальный период развития науки о космосе. В 30-х годах XX столетия, когда мощные телескопы позволили получить сотни фотографий галактик, возникла необходимость в создании классификации галактик, чтобы систематизировать накопившиеся сведения. Так появилась упомянутая нами ранее «вилочная» классификация галактик, разработанная Хаблом.

На некоторое время она удовлетворила астрономов. Но классификация Хабла основана главным образом на внешних (морфологических) различиях в строении галактик. С каждым годом становилось все более очевидным, что классификация Хабла не отвечает возросшим требованиям быстро развивающейся науки о космосе, что она устарела. В классификации Хабла галактики, имеющие совершенно разный характер строения и внутренних движений, включались в один тип, занимали в «вилке» соседние места. Некоторые ученые пытались усовершенствовать классификацию Хабла. Но сейчас уже ясно, что никакие улучшения не спасут «вилочную» диаграмму и она уступит место новой классификации, основанной на более или менее фундаментальной теории строения и развития галактик. К сожалению, такой теории пока еще нет. Сделаны только первые шаги в направлении ее создания. Поэтому нам и приходится говорить о некоторых еще не решенных загадках космоса. Но к настоящему времени наука о космосе уже накопила много наблюдений галактик, и недалеко то время, когда будет создана подлинная теория их строения и развития.

Однако для создания такой теории недостаточно изучать одни только галактики, обладающие развитыми формами. Необходимо обратиться к изучению простейших типов