Мыслящая Вселенная - Мизун Юрий Гаврилович - Страница 34

и зарыта собака, ведь очень трудно установить, какая часть галактики к нам ближе, а какая дальше. В некоторой мере помогает темное вещество. По нему ученые определяют, какая часть галактики к нам ближе, а какая дальше. Значит, надо: 1) определить расположение спиральных ветвей в галактике,2) выяснить по расположению темного вещества, какая из сторон галактики к нам ближе, и 3) определить, какая часть галактики приближается к нам в результате вращения. Это делается по наклону спектральных линий. Вроде все ясно и логично. Но очень сложно. Дело в том, что если хорошо определяются спиральные ветви, то практически невозможно определить по темному веществу, какая из сторон галактики к нам ближе. Просто темное вещество при таком угле зрения плохо видно. На рисунке 52 показана галактика NGC 7331. Судя по расположению темного вещества, нижняя часть эллипса ближе к нам, а верхняя часть

Рис. 52. Галактика NGC 7331, позволяющая определить, что спиральные галактики закручиваются

галактики дальше от нас. На фотографии спирали направлены против вращения часовой стрелки. Это определяется по спиральным ветвям, в частности по концам в правой и левой части. Измерения с помощью спектрографа показывают, что правая часть галактики из-за вращения приближается к нам, а левая часть удаляется от нас. Эту галактику очень удобно наблюдать с Земли, поэтому вопрос о направлении вращения галактики решается однозначно: галактика вращается концами ветвей назад.

Определив, как вращаются галактики, можно рассчитать их массы. Существует закон: в каждой точке галактики центробежная сила, которая обусловлена вращением, равна центростремительной силе, которая связана с притяжением к центру галактики. Но сила притяжения зависит от распределения масс в галактике. Поэтому, если мы имеем кривую лучевых скоростей, то по ней можем определить, как изменяется плотность вещества в галактике. При этом можно оценить общую массу галактики.

Однако не для всех галактик можно построить кривую скоростей. Не удается это сделать для медленно вращающихся галактик — эллиптических и карликовых галактик I II. Эти галактики заселены звездными объектами II типа. Поэтому в них нет горячих гигантов, гигантов и сверхгигантов. В них нет и ярких сгустков водорода. Другими словами, в этих галактиках нет достаточно ярких источников света, чтобы можно было измерить лучевые скорости. Специалисты в этом случае применяют другой метод, хотя и менее точный. Он применим для тех галактик, которые вращаются медленно или вовсе не вращаются. В таких галактиках звезды движутся в одинаковой степени по всем направлениям.

Если галактика не вращается, то среднюю скорость звезд в ней можно определить спектральным методом. Чем больше расширение спектральных линий, тем больше средняя лучевая скорость излучающих звезд.

Масса невращающейся галактики, ее объем и средняя скорость движущихся в ней по всем направлениям звезд связаны между собой определенным образом. Это и понятно, поскольку если две галактики занимают два одинаковых объема и у одной из галактик масса больше, то у нее должна быть больше и скорость звезд. В противном случае тяжелая галактика стала бы сжиматься под действием силы притяжения. Закон этой взаимосвязи между массой, объемом и средней скоростью установлен теоретически. Поэтому, зная две из указанных величин, можно определить третью. Значит, для того, чтобы определить массу галактики, надо знать ее объем и среднюю скорость звезд. Что касается объема, который занимает галактика, то его можно определить так: измерить угловые размеры галактики и затем рассчитать расстояние до галактики. Средняя скорость звезд определяется по расширению спектральных линий.

В таблице 6 приведены массы галактик, которые были определены первым или вторым методом.

Таблица 6. Массы галактик

Рис. 53. NGC 4486 — самая массивная из галактик, массы которых измерены

У карликовых галактик I и II типов очень малая масса. У одной из таких галактик масса равна всего двум миллионам солнечных масс. У другой масса в десять раз больше. Очень мала масса у эллиптического спутника NGC 221 туманности Андромеды.

Самая большая масса у эллиптической галактики NGC 4486 типа ЕО. Эта галактика не имеет видимого сжатия. Ее масса

равна одному триллиону масс Солнца. Эта галактика (рис. 53) окружена богатейшей системой шаровых скоплений. Общее их число достигает 400.

В таблице 6 приведены также отношения масс галактик к их светимости.

Плотности эллиптических галактик значительно больше плотности спиральных галактик. У тех и других разная эволюция, автобиография. Высокая плотность вещества в эллиптических галактиках свидетельствует о том, что они были более плотными и на стадии протогалактики, еще до образования звезд. Чем больше плотность вещества в протогалактике, тем интенсивнее протекает процесс звездообразования. Полагают, что скорость массового звездообразования пропорциональна квадрату плотности вещества. В эллиптических галактиках еще в самом начале все газовое вещество сконцентрировалось в звезды. Эти звезды имели в дальнейшем достаточно времени для того, чтобы пройти длительную эволюцию.

В заключение в таблицах 7,8 и 9 приведем некоторые сведения о звездах.

Между всеми телами действуют силы тяготения. И. Ньютон установил закон, которому эти силы подчиняются. Он определил, что силы тяготения прямо пропорциональны произведению масс взаимодействующих сил и обратно пропорциональны квадрату расстояния между взаимодействующими телами. Это значит, что чем больше масса тел, тем с большей силой они притягивают друг друга. Но эта сила притяжения тем меньше, чем больше расстояние между взаимодействующими телами. Если это расстояние увеличится в два раза, то сила уменьшится в четыре раза (два в квадрате). Любые проводимые измерения всегда подтверждали абсолютную справедливость закона Ньютона. Но оказалось, что этот закон тяготения на самом деле не точен. Его неточность и, более того, неправильность проявляют себя в условиях, которые отличаются от наших, земных. Любопытно, что это было установлено не путем наблюдений, измерений, а теоретически, путем

Таблица 7. Двадцать ближайших звезд

Таблица 8. Двадцать ярчайших звезд

Таблица 9. Десять звезд с самым большим собственным движением

логических рассуждений, путем анализа. Это открытие сделал Альберт Эйнштейн. Он изложил его в своей теории относительности.

До Эйнштейна пространство, время и силы притяжения рассматривались независимо. Например, считалось, что время течет одинаково быстро независимо от того, где мы находимся, в какой точке пространства, на Земле или на сверхмассивной звезде в далеком космосе. Что касается сил притяжения, гравитации, то они считались независимыми как от пространства, так и от времени. Эйнштейн показал теоретически, что пространство, время и поле гравитации жестко связаны друг с другом. Поэтому изменение одной из этих величин обязательно вызовет изменение двух других. Так, гравитация действует на время. Вблизи массивных небесных тел время течет по-иному, оно замедляет свой ход. Это и сейчас трудно постичь — и не только потому, что тысячи лет люди считали, что время течет само по себе, но и потому, что в нашей земной жизни изменение скорости времени просто не происходит. Мы находимся в условиях действия слабых сил притяжения. Еще Аристотель считал, что существует абсолютное время. В своей книге «Физика» Аристотель писал: «Время, протекающее в двух подобных и одновременных движениях, одно и то же. Если бы оба промежутка времени не протекали одновременно, они все-таки были бы одинаковы… Следовательно, движения могут быть разные и независимые друг от друга. И в том и в другом случае время абсолютно одно и то же». И. Ньютон практически утверждал то же самое: «Абсолютное, истинное, математическое время, взятое само по себе, без отношения к какому-нибудь телу, протекает единообразно, соответственно своей собственной природе».