Походження Чумацького шляху

Довгий час вважалося, що Чумацький Шлях формувався поступово. У 1962 році Олін Егген, Дональд Лінден-Белл і Аллан Сендедж запропонували гіпотезу, яка стала відома, як модель ELS (її назвали за початковими літерами їхніх прізвищ). Відповідно до неї, на місці Чумацького Шляху колись повільно оберталося однорідне хмара газу. Воно нагадувало куля і досягало в поперечнику приблизно 300 тисяч світлових років, а складалося в основному з водню і гелію. Під дією гравітації Протогалактіка стиснулася і стала плоскою; при цьому її обертання помітно прискорилося.

Майже два десятиліття ця модель влаштовувала вчених. Однак нові результати спостережень показали, що Чумацький Шлях не міг виникнути так, як йому наказали теоретики.

Відповідно до цієї моделі, спочатку утворюється гало, а потім - галактичний диск. Однак в диску теж зустрічаються дуже давні зірки, наприклад, червоний гігант Арктур, чий вік більше десяти мільярдів років, або численні білі карлики того ж віку.

І в галактичному диску, і в гало виявлені кульові скупчення, які молодше, ніж допускає модель ELS. Очевидно, вони поглинені нашою Галактикою пізніше.

Багато зірок в гало обертаються в іншому напрямку, ніж Чумацький Шлях. Можливо, вони теж перебували колись за межами Галактики, але потім були втягнуті в цей "зоряний вихор" - немов випадковий плавець у вир.

У 1978 році Леонард Сирл і Роберт Цинн запропонували свою модель становлення Чумацького Шляху. Її позначили як "модель SZ". Тепер історія Галактики помітно ускладнилася. Ще недавно її молодість, в поданні астрономів, описувалася настільки ж просто, як на думці фізиків - прямолінійний поступальний рух. Механіка відбувається була чітко видна: було однорідне хмара; воно складалося лише з рівномірно розлився газу. Ніщо своєю присутністю не ускладнювати розрахунки теоретиків.

Тепер замість одного величезної хмари в баченнях вчених виникли відразу кілька невеликих, вигадливо розкиданих хмар. Серед них виднілися також зорі правда, вони розташовувалися лише в гало. Усередині гало все вирувало: хмари стикалися; газові маси перемішувалися і ущільнювалися. Згодом з цієї суміші утворився галактичний диск. У ньому стали виникати нові зірки. Однак і цю модель згодом розкритикували.

Неможливо було зрозуміти, що пов'язувало гало і галактичний диск. Цей згущує диск і ріденька зоряна оболонка навколо нього мали мало спільного. Уже після того, як Сирл і Цинн склали свою модель, з'ясувалося, що гало обертається надто повільно, щоб з нього утворився галактичний диск. Судячи з розподілу хімічних елементів, останній виник з протогалактіческіх газу. Нарешті, момент кількості руху диска виявився в десять разів вище, ніж гало.

Весь секрет у тому, що обидві моделі містять зерно істини. Вся біда в тому, що вони занадто прості і однобічні. Обидві вони здаються тепер фрагментами одного і того ж рецепта, за яким був створений Чумацький Шлях. Егген і його колеги прочитали кілька одних рядків з цього рецепта, Сирл і Цинн - кілька інших. Тому, намагаючись заново уявити історію нашої Галактики, ми раз у раз помічаємо знайомі, вже читані одного разу рядки.

Отже, все почалося незабаром після Великого вибуху. "Сьогодні прийнято вважати, що флуктуації щільності темної речовини породили перші структури - так звані темні гало. Завдяки силі гравітації ці структури не розпадалися", - зазначає німецький астроном Андреас Буркерт, автор нової моделі народження Галактики.

Темні гало стали зародками - ядрами - майбутніх галактик. Навколо них під дією гравітації накопичувався газ. Походив однорідний колапс, як описує його модель ELS. Уже через 500-1000 мільйонів років після Великого вибуху газові скупчення, які оточували темні гало, стали "інкубаторами" зірок. Тут виникли невеликі протогалактики, В щільних хмарах газу з'явилися перші кульові скупчення, адже зірки тут народжувалися в сотні разів частіше, ніж де-небудь ще протогалактик стикалися і зливалися один з одним - так утворилися великі галактики, в тому числі наш Чумацький Шлях. Сьогодні він оточений темною речовиною і гало, що складається з одиночних зірок і їх кульових скупчень, цими руїнами світобудови, чий вік перевищує 12 мільярдів років.

У протогалактик було багато дуже масивних зірок. Не минуло й кількох десятків мільйонів років, як більшість з них вибухнуло. Ці вибухи збагатили хмари газу важкими хімічними елементами. Тому в галактичному диску народжуються не такі зірки, як в гало, - вони містили в сотні разів більше металів. Крім того, ці вибухи породили потужні галактичні вихори, які розігрівали газ і вимітали його за межі протогалактик. Відбувся розподіл газових мас і темної речовини. Це була найважливіша стадія формування галактик, не врахована перед ним, ані в одній моделі.

Тим часом темні гало все частіше стикалися один з одним. При цьому протогалактики витягувалися або розпадалися. Про ці катастрофах нагадують ланцюжка зірок, що збереглися в гало Чумацького Шляху з часів "юності". Вивчаючи їх розташування, можна оцінити події, що відбувалися в ту епоху. Поступово з цих зірок утворилася велика сфера - видиме нами гало. У міру остигання всередину нього проникали газові хмари. Їх момент кількості руху зберігався, тому вони не стиснулися в одну-єдину точку, а утворили обертовий диск. Все це сталося понад 12 мільярдів років тому. Тепер газ стискався так, як було описано в моделі ELS.

У цей час утворюється і "балдж" Чумацького Шляху - його серединна частина, що нагадує еліпсоїд. Балдж складається з дуже старих зірок. Очевидно, він виник при злитті найбільших протогалактик, найдовше утримували газові хмари. Посеред нього виявилися нейтронні зірки і крихітні чорні діри - релікти вибухнули наднових зірок. Вони зливалися один з одним, попутно поглинаючи потоки газу. Можливо, так зародилася величезна чорна діра, яка перебуває нині в центрі нашої Галактики.

Історія Чумацького Шляху набагато хаотичнее, ніж вважалося раніше. Наша рідна Галактика, значна навіть за космічними мірками, утворилася після низки ударів і злиттів - після серії космічних катастроф. Сліди тих давніх подій можна виявити і сьогодні.

Так, наприклад, не всі зірки Чумацького Шляху обертаються навколо галактичного центру. Очевидно, за мільярди років свого існування наша Галактика "поглинула" чимало попутників. Вік кожної десятої зірки в галактичному гало - менше 10 мільярдів років. На той час Чумацький Шлях вже сформувався. Можливо, це - залишки захоплених колись карликових галактик. Група англійських вчених з Астрономічного інституту (Кембридж) на чолі з Джерардом Гилмором підрахувала, що Чумацький Шлях, очевидно, поглинув від 40 до 60 карликових галактик типу Карина.

Крім того, Чумацький Шлях притягує до себе величезні маси газу. Так, в 1958 році нідерландські астрономи помітили в гало безліч невеликих плям. На ділі вони виявилися газовими хмарами, які складалися в основному з атомів водню і мчали в бік галактичного диска.

Наша Галактика не помер свій апетит і надалі. Очевидно, вона поглине найближчі до нас карликові галактики - ФОРНАКС, Карину і, може бути, секстаном, а потім зіллється з туманністю Андромеди. Навколо Чумацького Шляху - цього ненаситного "зоряного канібала" - стане ще пустельні.