СПИРАЛЬНАЯ СТРУКТУРА ГАЛАКТИКИ

И ЭВОЛЮЦИЯ СПИРАЛЬНЫХ СИСТЕМ

СОДЕРЖАНИЕ:

· Спиральные ветви Галактики. Кольцевая структура

· Расширение спиральных ветвей

· Кривые вращения. Свидетельство расширения

· Кратные спирали различного масштаба и возраста

· Стадии расширения спиралей

· Рукав Ориона. Загадка отсутствия градиента возрастов

· Двойные и тройные рукава

· Гипотеза напоследок: эллиптические «спиральные ветви»

Спиральные ветви Галактики. Кольцевая структура

Форма и даже число рукавов в Галактике остаются неизвестными. По скоплениям, ассоциациям, областям HII удается проследить три вытянутые области, именуемые рукавами Стрельца, Персея и Ориона. (Также выделяется внутренний «рукав Киля», объединяемый некоторыми авторами с рукавом Стрельца).

По наблюдениям скоростей HI неоднократно строились схемы спиральных ветвей, которые однако плохо совпадали с известными рукавами. Положение каждой наблюдаемой точки относительно центра Галактики определялось исходя из лучевых скоростей в предположении кругового движения нейтрального водорода. Эти неудачи, скорее всего, связаны с игнорированием радиальных скоростей объектов, населяющих спиральные ветви, о чем я скажу чуть позже.

На рисунке представлена одна из множества попыток построения схемы водородных рукавов (Ф. Керр, 1970); результат в большой степени зависит от принятой кривой вращения и весьма чувствителен к отклонениям скоростей водорода от круговых. Единой и общепризнанной схемы водородных рукавов не существует.

Приведенная Ефремовым [1, рис. 64 на с. 173] схема молекулярных облаков демонстрирует скорее половину широкого кольца, нежели часть развитой двухрукавной спирали, как ее интерпретируют.

Если совместить эту схему с ее центрально-симметричным отображением, вид кольцевой структуры станет еще нагляднее.

Внутренний край кольца (в верхней части схемы) соответствует известному «расширяющемуся рукаву в Стрельце», или «четырехкилопарсековому рукаву». Во внутренней области между этим рукавом и центром Галактики наблюдается дефицит не только молекулярного, как следует из этой схемы, но и нейтрального водорода, и областей HII.

Отсутствие внутри радиуса в 4 кпк гигантских зон HII также видно на следующей схеме.

Таким образом, структура Галактики более напоминает структуру кольцевых галактик Hoag и NGC 7742, нежели привычные развитые спирали.

В кольцах этих галактик заметна спиральная структура: образования, напоминающие «шпуры» обычных спиралей или отрезки спиралей фрагментарных галактик, пересекают кольца под некоторым углом.

Сходство структуры Галактики и NGC 7742 усиливается тем, что у той и другой существуют внешние кольца. В случае NGC 7742 это видно непосредственно на фотографии: вокруг яркого и плотного кольца видны остатки втрое большего по диаметру, очевидно, более старого и частично рассеявшегося кольца. (Кстати, не заметно искажений внешней структуры, что лишний раз опровергает представления о том, что формирование новых структур в галактиках имеет причиной внешнее влияние). У Галактики также обнаружено внешнее кольцо, также примерно втрое большего диаметра, лежащее в одной плоскости с современным диском и спиральными рукавами. Кольцо, в отличие от обычных спиральных рукавов, населено старыми звездами, распределение которых по всему кольцу довольно равномерное [2].

Авторы открытия полагают, как того требует современная мода, что кольцо вокруг Галактики образовано в результате разрушения малой системы при близком прохождении.

Однако вызывают сомнения два обстоятельства.

Первое — совпадение плоскости кольца и современного диска, что само по себе должно быть редкостным явлением при подобных обстоятельствах.

Второе — ближайшие спутники Галактики (Магеллановы Облака, карликовые галактики в Малой Медведице и Драконе, удаленные шаровые скопления, Магелланов Поток) располагаются в плоскости почти перпендикулярной диску. Едва ли в результате прохождения одного из членов этой системы могло образоваться кольцо, концентричное диску и лежащее в одной с ним плоскости: скорости звезд этого объекта должны были быть направлены перпендикулярно, и в результате разрушения объекта образовался бы хвост под некоторым и значительным углом к современному диску. Прохождение «сторонней» галактики, не принадлежавшей к Магеллановой системе спутников, вызвало бы искажение или даже разрушение последней.

Впрочем, гипотеза о внегалактическом происхождении кольца не получила всеобщего и единодушного признания. А.Фергюсон (A.Ferguson; Гронингенский университет, Нидерланды) не исключает, что оно может оказаться очень далеким спиральным рукавом. (В свое время Девис считал, что известные «высокоскоростные облака HI», занимающие в пространстве промежуточное положение между диском Галактики и Магеллановой системой, являются продолжением искривленных рукавов.)

Поэтому более вероятно, что Галактика действительно содержит две плоских концентричных системы, имеющие различный возраст.(На самом деле существует еще одна довольно плоская система, в которую входят Магеллановы Облака, галактики Малой Медведицы и Дракона, шаровые скопления, Магелланов Поток HI, а также звезды типа RR Lyr, находящиеся в пространстве между Галактикой и Облаками. Однако эта система почти перпендикулярна плоскости современного диска, как и в случае известного «кольца Арпа» вокруг галактики М 81 и некоторых галактик, имеющих такие же «полярные» кольца или системы спутников, расположенных вблизи малой оси галактик, на которые обращал внимание тот же Арп.)

Это предположение весьма правдоподобно, поскольку известны примеры «многоярусных» галактик Линдблада, в которых сосуществуют две или три системы спиралей, не являющихся продолжением одна другой и, следовательно, возникших независимо друг от друга. Также в пользу этого предположения свидетельствует пример галактики М 38, имеющей выраженную двухрукавную структуру в центральной области и сложную многорукавную структуру на периферии, не связанную с внутренними рукавами. Этот пример является переходным от галактик grand design к многорукавным и фрагментарным.

Также, вероятно, существует даже большее, нежели с чисто кольцевыми галактиками, сходство структуры Галактики и объекта ESO 269-57.

Сходство усиливается при обработке изображения: увеличении яркости, повороте и растяжении (для компенсации наклона к лучу зрения) — волею случая совпали даже выдающиеся наружу шпуры справа и слева.

Если структура ветвей Галактики такая же, то расширяющийся «четырехкилопарсековый» рукав в Стрельце представляет собой внутренний отрезок другой ветви — как на приведенной фотографии ESO 269-57.

Как уже было сказано, между этим рукавом и центром Галактики практически нет ни нейтрального водорода, ни молекулярных облаков. Также нет других свидетельств существования спиральных ветвей, в частности, крупных областей HII. Ветви ESO 269-57 также не являются продолжением и не соединяются с внутренней кольцеобразной структурой (в которой есть признаки спиральности, как и в большинстве колец). «Расширяющийся рукав HI» в Стрельце расположен на расстоянии 4 кпк от галактического центра (отсюда его второе название) и удаляется от него со скоростью ~135 км/с. Таким образом, удаление «четырехкилопарсекового» рукава от центра Галактики свидетельствует о расширении спиральной структуры в целом.

В галактике М 106 существует внешняя система спиральных ветвей, не связанных с внутренними и втрое превосходящих их по размерам, заметная на более глубоких фотографиях, и явно лежащая в другой плоскости.

Расширение спиральных ветвей

Расширение структур, связанных с галактической спиралью, было обнаружено практически сразу после начала радиоастрономических исследований межзвездного водорода, который, как оказалось, имеет к тенденцию к расширению относительно центра Галактики [3, с 390]. Пишмиш обнаружила, что «средние остаточные радиальные скорости ассоциаций следует рассматривать как следствие разбегания О-ассоциаций относительно центра Галактики при неподвижном (в смысле радиального движения — А.Т.) Солнце [4]. Последовавшие затем исследования приводили иногда к выводам, что и Солнце вовлечено в расширение, однако это весьма сомнительно при его возрасте. Однако вывод о расширении системы ассоциаций (и следовательно, спиральных ветвей) остается в силе. Аналогичные данные Митчелла [5], относящиеся к B-звездам, по мнению Пишмиш, подтверждают ее вывод о расширении галактических рукавов, содержащих ассоциации, и их дрейфа относительно Солнца. Движение от центра молодых объектов подтверждается исследованием потоков Каптейна: поток I, направленный фактически перпендикулярно к потоку II, являющемуся локальным стандартом «покоя» (кругового вращения), отражает крупномасштабное радиальное движение молодых звезд и газа от центра Галактики со скоростью ~ 39 км/с [6]. Неучтенное расширение рукавов, очевидно, и есть причина фатальных неудач опытов построения их схемы по лучевым скоростям нейтрального водорода, которому a priori приписываются круговые орбиты в Галактике.

О расширении в пространство молодых объектов, относящихся к плоским компонентам, свидетельствуют наблюдения других галактик.

Поле скоростей околоядерного диска М 31 (скорости газа не равны нулю на малой оси — см. рис. 112 в [8] на с. 354) свидетельствует о движении газа от центра и, очевидно, его расширении. Аналогичную картину скоростей нейтрального водорода можно наблюдать и во всем диске М 31 вплоть до радиуса в 100' (см. рис. 123 б в [8] на с. 374). На рисунке внизу видно, что линии, соединяющие области равной лучевой скорости, наклонены относительно малой оси, что означает существование не только кругового вращения, но и радиальной компоненты скорости. Аналогичные картины скоростей получены и для других галактик (будут приведены в «Этюдах внегалактической астрономии).

Существование около сотни OB-звезд, открытых Рихтером [7] за пределами диска М 31 до расстояния в 120 кпк (!), которые по мнению Шарова [8], возможно, образуют спираль, естественным образом объясняется расширением рукавов в межгалактическое пространство.

В своих работах я часто упоминаю о неудачных попытках обнаружения градиента возрастов поперек спиральных рукавов. Однако градиент возрастов вдоль ветвей М 33, необъяснимый с позиций теории «волн плотности» и вполне ожидаемый в случае эруптивного образования спиралей, напротив, давно обнаружен. Согласно Воронцову-Вельяминову: «На снимках видно, что в облаках спиральных ветвей отношение числа голубых сверхгигантов к красным сверхгигантам убывает от 17 до 2 по мере удаления от ядра с 50² до 800²» [9, с. 219].

О подобном выводе Уокера (1964) сообщает А.С. Шаров в своей другой монографии [10, с.с. 58–60], а также о том, что в дальнейшем Хемфри и Сендидж, достигшие M_V » –5,5^m подвергли его сомнению, обнаружив сильное изменение соотношения голубых и красных звезд только в пределах 1 кпк от центра, а Фридман по результатам измерений 20 000 звезд вообще не нашла градиента. Однако не очень большие возрастные различия легче всего обнаружить по самым ярким, «новорожденным» сверхгигантам, быстро эволюционирующим, а продвижение к более слабым звездам, несомненно, приведет к включению в выборки объектов различного населения, принадлежащих к предыдущим поколениям звезд.

Он также упоминает об обнаруженном росте диаметров областей HII с удалением от ядра М 33 [11], который, по справедливому заключению самих исследователей, свидетельствует о том, что «на периферии находятся поздние стадии их расширения» [9, с. 212 — 213]. Диаметры областей HII в М 101 возрастают в 10 раз по мере удаления от ядра с 5 до 25 кпк [1, с. 208]. Несмотря на значительную неопределенность в проблеме принадлежности звезд к той или иной ассоциации, поскольку последние в галактиках иногда расположены очень тесно и почти соприкасаются, а проведение их границ часто зависит от личных вкусов исследователей, все же имеется очень много свидетельств в пользу увеличения размеров ассоциаций к периферии галактик. Гапошкин [12], а также Бааде и Суоп [13] обнаружили изменение средних периодов цефеид в зависимости от расстояния от центра М 31. Согласно последним авторам, средние периоды цефеид изменяются от 16,8 вблизи центра до 7,9 на периферии галактики. В Млечном Пути известно изменение соотношения старых и молодых рассеянных скоплений вдоль радиуса галактики: в целом население диска молодеет к центру (см., например, таблицу 6 в [1] на с. 68).

Кривые вращения. Свидетельство расширения

Обычно пологие кривые вращения галактик интерпретируют как свидетельство существования скрытой массы. Практически все известные кривые вращения построены по лучевым скоростям эмиссионных областей. Измерение скоростей по абсорбционным линиям чрезвычайно трудно, однако в тех редких случаях, когда оно производилось, обнаруживалась существенная разница скоростей звезд и газа. Очень часто наблюдаются радиальные компоненты скоростей. В эллиптической галактике NGC 1949 наблюдается газопылевой слой, пересекающий ее по малой оси, в спектре которого наблюдаются сильные эмиссионные линии [OII], [OIII], H_β, H_γ[14]. Скорости эмиссионных областей имеют значение ±200 км/с, что впятеро превышает круговые скорости в галактике — вращение звездной составляющей происходит со скоростью около 40 км/с! Это означает, что области эмиссии удаляются в пространство от центра галактики. Несмотря на то, что речь идет об эллиптической галактике, имеющей однако некую плоскую структуру, этот пример показывает, насколько могут быть преувеличены массы галактик, если измерять их по смещению эмиссионных линий. Само это явление вполне правдоподобно напоминает стадию образования ветвей известных галактик с «полярным» кольцом или ветвями.

Величины массы галактики М 82, определяемые по кривым вращения, построенным по эмиссионным и по абсорбционным линиям, различаются в 4,8 раза [15] — это также означает, что эмиссионные объекты в диске удаляются от центра. М 82 — плоская система, что хорошо видно по изображению в ИК-диапазоне на длине волны 2 микрона (2MASS). На этом изображении можно рассмотреть даже некоторые признаки остатков ветвей — две правильные темные дуги, пересекающие большую ось слева от центра.

Различия в скоростях эмиссионных областей и газа, вращающегося вместе с диском, наблюдаются и у других галактик. По данным о CO (соответственно H₂) и HII у регулярных галактик М 51 и М 31 эмиссионные области имеют скорости на ~70 км/с и на 20–30 км/с и более превышающие круговые. У галактик NGC 7331 NGC 5055 с рукавами 3 класса по классификации Элмегринов, то есть фрагментарных, скорости «вращения» областей HII систематически на 40–50 км/с больше, чем H₂, причем это различие наблюдается не только в рукавах [1, с. 124]. Последнее свидетельствует о том, что расширяются (удаляются от центра галактики) не только фрагменты рукавов, но и области звездообразования вообще. Это обстоятельство имеет огромное значение для звездной космогонии.

Я давно придерживаюсь мнения, что кривые вращения доказывают расширение спиральных ветвей в пространство. Такое же мнение высказывал и Х. Арп, также считавший, что ветви образованы в результате выбросов из ядра, а массы галактик, полученные из кривых вращения, преувеличены [1, с. 112]. Это вполне согласуется с выводами Караченцева, известного исследователя двойных и кратных галактик, которые состоят в том, что движения членов пар и групп свидетельствуют о том, что практически вся масса двойных галактик сосредоточена внутри их оптических границ, а полные массы членов соответствуют тем, что получаются из обычных соотношений масса–светимость [16] (подробнее об этом говорится в разделе «Скрытая масса» «Этюдов внегалактической астрономии»).

Кратные спирали различного масштаба и возраста

Многоярусные галактики, содержащие две и более системы спиральных ветвей, являются примером, подтверждающим расширение спиралей в пространство. Уже упоминалась галактика М 38, имеющая четкую двухрукавную структуру в центральной области и сложную многорукавную структуру на периферии. Также обсуждалось внешнее кольцо, окружающее нашу Галактику и состоящее из старых звезд.

Системы спиралей различного возраста и масштабов известны в галактике М 106. В ярких молодых ветвях не наблюдается увеличение плотности HI. Ветви HI наблюдаются в стороне под углом около 45º к оптическим, а в плоскости галактики, вероятно, они составляют почти прямой угол. (Они излучают также и в радиоконтинууме, и это означает, что они состоят не только из нейтрального водорода. Радиоветви, не имеющие оптических аналогов, обнаружены П. ван дер Круитом и, позднее, А. де Брайном у других спиральных галактик.)

На глубокой фотографии в H_a проявляется слабое свечение этих ветвей вблизи ядра. Эти ветви хорошо видны как лопасти пропеллера на рентгеновском изображении Chandra.

Чуть выше упоминалась система внешних спиральных ветвей, не являющихся продолжением внутренних и лежащих в другой плоскости.

В отличие от ярких ветвей, имеющих голубой цвет ввиду происходящего в них в настоящее время звездообразования, эти более старые ветви имеют желтый цвет (о чем не следует судить по цветным фотографиям, это — колориметрические данные!), а их население имеет возраст несколько сотен миллионов лет. При значении радиального компонента скорости молодых объектов, населяющих ветви нашей Галактики, около 39 км/с (Пишмиш, см. выше), этот возраст вполне соответствует удалению ветвей от центра на соответствующее расстояние.

Стадии расширения спиралей

Если система спиральных ветвей расширяется в пространство (от центра галактики), должны встречаться спиральные ветви, не доходящих до ядра и начинающиеся где-то в теле галактики или даже на периферии. Такие примеры известны. Галактики M 33 и NGC 300 имеют развитые ветви, однако в центральных областях пыль распределена в дисках хаотически и никаких признаков спиральной структуры не наблюдается. Пыль, как известно, — наиболее заметный индикатор спиральных ветвей.

На рисунке представлена NGC 300 в разном масштабе (две первые фотографии — AAO), для облегчения отождествления некоторые объекты помечены черточками соответствующих цветов. На следующем рисунке центральная часть галактики представлена в большем масштабе (HST).

Видно, что центральная область радиусом 1,5–2 кпк не содержит спиральных ветвей, а пыль в ней представлена отдельными клочьями, распределенными по всему диску. Эта картина очень сильно напоминает распределение пыли в центральной части M 33, представленное в монографии Шарова [10, рис. 64 на с. 178 и рис. 70 на с.189].

Интересно, что если нейтральный водород обрисовывает спирали, то пыль, считающаяся наилучшим индикатором волны плотности, совпадает с картиной ветвей лишь в двух коротких дугообразных отрезках длиной около 3′, симметричных относительно центра и находящихся от него на расстоянии около 10′, что соответствует 1,5–2 кпк. В остальном же распределение пыли нисколько не отражает спиральную форму волны, которой, скорее всего, и не существует. (Кстати, отсутствие спиральных ветвей в центральной области NGC 300, где имеются в достаточном количестве и звезды диска, и диффузная среда, проявляющаяся в виде пылевых волокон и клочьев, несовместимо с представлениями о волнах плотности, генерируемых центральным объектом галактики.)

Хаотичность распределения пыли в центральной области М 33 хорошо видна на замечательной фотографии Роберта Гендлера.

В галактике NGC 4725 спиральные ветви видны на периферии, в центре же наблюдается однородное диффузное свечение.

Начало рукавов обнаружить не удается: ветви слились в результате расширения, и структура галактики приближается к структуре упоминавшегося объекта Hoag.

Существуют и более убедительные примеры расширения ветвей в межгалактическое пространство. В монографии Воронцова-Вельяминова приведена фотография галактики MCG 12-17-23 [9, рис. 9 c на с. 38]: у этого объекта остатки ветвей видны на самом краю довольно однородного диска, причем заметны как следы ярких ветвей, так и пылевых рукавов.

На другой иллюстрации приведена фотография галактики NGC 6962, у которой один из рукавов еще заметен в центральной области, а другой почти полностью рассеялся.

Подобная картина остатков расширившихся ветвей — также как ярких, так и пылевых, наблюдается и в галактике, центром которой является квазар QSO 1229+204 (HST)

В Атласе пекулярных галактик Арпа представлена галактика под номером 231, имеющая на некотором расстоянии от главного тела структуры, также напоминающие остатки расширившихся ветвей (большая дуга в верхней части и меньшая снизу).

Галактика № 96 из Атласа пекулярных галактик Арпа имеет слабые внешние ветви, не связанные с яркими внутренними. Очевидно, внешняя система имеет больший возраст.

Упоминавшиеся звезды ранних классов, открытые Рихтером вокруг M 31 свидетельствуют о том же. Около сотни OB-звезд обнаружены вплоть до расстояния 120 кпк от центра [7], хотя уже за пределами радиуса в 30 кпк поверхностная плотность нейтрального водорода меньше 10¹⁹ см^–2 и недостаточна для звездообразования (в смысле традиционных представлений — путем конденсации газа в звезды) [17].

Малин в 1986 году открыл структуры, окружающие «нормальные» эллиптические галактики и имеющие вид остатков рассеявшихся в пространстве спиральных ветвей.

Эти внешние структуры имеют более голубой цвет по сравнению с главным телом эллиптических галактик. Галактика на рисунке слева очень напоминает следующую стадию расширения остатков спиралей в галактиках MCG 12-17-23 и вокруг QSO 1229+204, которые представлены на рисунках выше.

Аналогичные структуры наблюдались давно: в упоминавшемся Арповском Атласе пекулярных галактик представлен объект под номером 230 (следующий рисунок).

Рукав Ориона. Загадка отсутствия градиента возрастов

Открывающаяся картина всеобщего расширения позволяет сделать смелое предположение о возможном решении старой проблемы.

Рукава Стрельца и Персея имеют противоположно направленные градиенты возрастов. Находящийся между ними рукав Ориона не показывает признаков градиента. Считают, что рукава Стрельца и Персея расположены по разные стороны области коротации (в которой якобы находится и Солнце). В таком случае непонятно, почему «тихое место» Орионова рукава содержит наибольшее число водородных туманностей (но не гигантских зон HII) и молодых скоплений, и вообще — почему в нем произошла столь мощная вспышка звездообразования.

Многие высказывали идею, что радиус коротации совпадает с расстоянием Солнца от центра Галактики. В частности, это предположение подробно рассматривалось Марочником и Сучковым [18]. Однако в этой же книге они приводят результаты вычислений, согласно которым если расстояние между рукавами Персея и Стрельца (~3,5 кпк) совпадает с длиной спиральной волны в окрестностях Солнца, то радиус коротации составляет 16–17 кпк, то есть вдвое больше.

Однако возможно иное объяснение существующих градиентов. Ветвь Ориона не обнаруживается в излучении HI, по гигантским зонам HII, в синхротронном радиоизлучении и в поле скоростей звезд. На следующей схеме видно, что Орионов рукав является центром широкой ветви и населяющие его объекты расположены вдоль оси этой ветви, определяемой по наблюдениям молекулярных облаков. Поэтому, рукав Ориона можно рассматривать как начальный центр звездообразования, в котором оно началось и успело значительно угаснуть к настоящему времени, а два других рукава являются фронтами звездообразования (в данном случае не важно, какая модель звездообразования имеется в виду), распространяющегося наружу — к обоим краям рукава.

На схеме совмещены в одном масштабе картина распределения молекулярных облаков (бледные точки) и объекты, населяющие рукава Стрельца, Ориона и Персея: молодые скопления (черные кружки) и ассоциации (светлые кружки). Рисунок рукавов взят также из [1, рис. 55 на с. 160].

Двойные и тройные рукава

Если мы пришли к выводу о расширении спиральных структур, интересно узнать, к чему приведет расширение структуры в рукаве, какая была только что описана. При распространении фронта звездообразования в обе стороны от оси рукава должна возникнуть тройная структура. Такие тройные ветви галактик известны, ярчайшим примером является NGC 6946.

На фотографии хорошо видно, что в центральной области галактики существует выраженная двухрукавная структура. На некотором расстоянии от центра у этих ветвей появляются спутники — мощные рукава по обе стороны. Причем мощность рукавов возрастает с удалением от центра, тогда как начальные рукава слабеют.

На этом изображении также можно заметить, что пыль в центральных рукавах распределена по всей их ширине, а не сосредоточена на каком-либо крае. Но самое замечательное — то, что пыль в рукавах-спутниках располагается на противоположных краях: преимущественно на внутреннем крае внутренних и на внешнем крае внешних рукавов (особенно хорошо это заметно в верхней части изображения). Таким образом, наблюдается картина, аналогичная рукавам Персея–Ориона–Стрельца, в которых градиенты возрастов противоположны и население молодеет в направлении от центрального рукава Ориона.

Поскольку в центральном рукаве звездообразование угасает, со временем эта структура перестанет быть заметной на фотографиях (как уже произошло со средним рукавом в нижней части изображения NGC 6946), и мы будем видеть двойные рукава, аналогичные наблюдаемым во внешних областях галактики NGC 300, М 81 и во многих других случаях, как, например, NGC 5247.

Заслуживает внимания особенность внешнего рукава на приведенном выше изображении NGC 6946: он также раздваивается, как и рукава М 81.

Аналогичная картина наблюдается в галактике NGC 1232.

Аналог ветви Ориона заметен слева от центра галактики — почти по центру изображения. Любопытно также разветвление боковых рукавов, которое, как и известные шпуры в других галактиках, едва ли можно примирить с теорией волны плотности.

Раздвоение (точнее, «утроение», соответствующее описанной схеме) рукавов бросается в глаза как на фотографиях известной галактики М 81, так и на ее изображениях в HI.

На втором изображении видно, что карликовая галактика находится внутри ветви и явно выброшена из М 81.

Раздвоение (утроение) рукавов этой галактики заметно и на изображении в УФ, на котором проявляются области наиболее бурного звездообразования.

Здесь, особенно в верхней части, наблюдается полный аналог системы рукавов Персея–Ориона–Стрельца в несколько более ранней стадии эволюции (в центре еще наблюдается наибольшая активность).

Подобная картина наблюдается и в галактике NGC 2997, у которой две основные ветви также раздваиваются на некотором расстоянии от центра, причем осью этого раздвоения являются довольно мощные пылевые рукава, начинающиеся в средней части основных ветвей задолго до их разветвления.

Такая же картина наблюдается и в известной галактике NGC 4303 = M 61. У нее четкая двухрукавная структура в центре, а на периферии рукава расщепляются

Интересно, а как выглядит процесс раздвоения в самом начале? Убедиться в том, что описанная схема возникновения и эволюции системы рукавов Персея–Ориона–Стрельца весьма правдоподобна, позволяет пример известной галактики NGC 2442.

На этом изображении, особенно в верхней его части, видно раздвоение пылевого рукава, идущего в середине спиральной ветви. Между пылевыми рукавами видны области бурного звездообразования, являющиеся аналогами рукава Ориона «в молодости», содержащие гигантские области HII, которые еще не появились в боковых рукавах, и которые исчезнут из виду к тому времени, когда такие же области появятся на фронтах звездообразования (впрочем, они уже появились на внешнем крае самой удаленной и, следовательно, самой старой части верхней ветви, тогда как в ее середине звездообразование угасло!).

Такая же картина раздвоения пылевой полосы заметна и в известной галактике NGC 1300, а в нижнем на снимке (HST) рукаве видна даже развилка, такая же, как в верхнем (на предыдущем снимке) рукаве NGC 2442.

Процесс дробления и расширения рукавов в конце концов приведет к формированию фрагментарной структуры. Галактика NGC 5068 представляет собой переходный тип.

Гипотеза напоследок: эллиптические «спиральные ветви»

Меня давно смущала необычная структура галактики AM 0644-741, также как и галактики Cartwheel, в которых ядерные спирали расположены эксцентрично по отношению ко внешним областям звездообразования.

Разумеется, мне никогда не приходило в голову рассматривать всерьез гипотезу столкновения: между ядерными областями и внешними структурами наблюдаются довольно яркие связующие их рукава, чего никак не могло бы быть в случае столкновения. (Занятно, что центральная структура Cartwheel также имеет форму эллипса, ориентированного в пространстве иначе, а само ядро также расположено эксцентрично — скорее всего, в фокусе.) Кроме того, внешние структуры, особенно у первой из галактик, имеют признаки спиральности и напоминают кольцевые структуры описанных выше галактик Hoag и NGC 7742:

Однажды я подумал: а почему, собственно, эти молодые объекты не могут быть расположены вдоль эллиптической орбиты? Некоторое смущение в связи с таким предположением не позволяло мне обнародовать его ранее. Однако недавно я обнаружил публикацию об эллиптическом звездном кольце относительно старых звезд, окружающем диск из 400 молодых и горячих звезд в центральной области М 31. Диаметр внутреннего диска равен 1 световому году, большая ось внешнего диска в пять раз больше. В целом картина удивительно напоминает галактику AM 0644-741 в уменьшенном размере и с обратным соотношением возрастов внешнего и внутреннего образования.

Концентрация звезд в апоцентре понятна: в этой области они имеют наименьшие скорости, если их орбиты эллиптичны. Судя по всему, первое наблюдение этой концентрации было воспринято несколько лет тому назад (по крайней мере, до 1999 года) как сенсационное открытие двойного ядра М 31:

Итак, в галактиках могут существовать эллиптические образования, напоминающие метеорные рои, заполняющие орбиты породивших их комет. В этих случаях гипотеза образования звезд путем конденсации сталкивается с новыми трудностями. Захват внешнего объекта на эллиптическую орбиту уже давно представляется маловероятным с точки зрения небесной механики. Но предположим, что произошел захват протозвездного облака, в результате коллапса которого образовалось скопление, потерявшее впоследствии гравитационную связь вследствие выдувания остатков газа и разрушившееся аналогично остаткам комет, превратившихся в метеорные потоки. В рамках такой модели все же невозможно объяснить существование спиральных рукавов, связывающих центральные области галактики с эллипсоидальной внешней структурой и наблюдаемых в галактике AM 0644-741 и в галактике Cartwheel. Во всяком случае, сходство с метеорными роями позволяет мне считать более правдоподобной гипотезу разрушения (расширения) первичного тела, давшего начало звездообразованию.

Ссылки

1. Ефремов Ю.Н., 1989: Очаги звездообразования в галактиках: Звездные комплексы и спиральные рукава. М.: Наука.

2. Science. 2003. V.299. №5604. P.183.

3. Эриксон В.К., Хельфер Х.Л., Тейтл Х.Е. Радиоастрономия, Парижский симпозиум 1958 г. М. 1961.

4. Pismis P. Bol. Obs. Tonantzitla y Tacubaya, 19, 3, 1960.

5. Mitchell R.S. PASP, 67, 12, 1955.

6. Clube S.V.M., Dordrecht, 1985, 145 —148.

7. Richter G.A. — AN, Bd. 297, S. 269, 1976.

8. Шаров А.С., Туманность Андромеды, М., «Наука», 1982.

9. Воронцов-Вельяминов Б.А., Внегалактическая астрономия. М., «Наука», 1978.

10. Шаров А.С., Спиральная галактика Мессье 33. М., «Наука», 1988.

11. Boulesteix J. et al., AA, 1974, 37, 33.

12. Gaposchkin S., AJ, v. 67, p. 334, 1962.

13. Baade W., Swope H.H., AJ, v. 70, p. 212, 1965.

14. Möllenhoff C., AA, 1982, 108, № 1, 130 — 133.

15. Инфракрасная и субмиллиметровая астрономия. Под ред. Дж. Фацио: М., Мир, 1979 — Infrared and Submillimeter Astronomy. Ed. By G.G. Fazio. Di Reidel Publ. Co. Dordrecht–Holland/Boston USA, 1976.

16. Караченцев И.Д., Двойные галактики. М.: Наука. 1987, с.с. 85–86

17. Davies R.D., Gottesman S.T - MNRAS, v. 149, p. 237, 1970.

18. Марочник Л.С., Сучков А.А. Галактика. М.: Наука, 1984

25 июля 2005 года

Andrew W. Telow

telow@list.ru