ИСТОРИЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ВСЕЛЕННОЙ (Часть 4)

Астрономия заставляет душу взирать ввысь и ведет ее туда, прочь ото всего здешнего.
(Платон)

Вместо введения

Почти каждый из нас обращал внимание на Млечный Путь на ночном небе. Это так видна наша Галактика с Земли. С видимым на небе Млечным путем связано множество мифов и легенд. "...Чаще всего люди видели в нем реку или дорогу. Индусы, например, считали этот светлый небесный поток двойником своей священной реки Ганг, а китайцы - великой Хуанхэ. Некоторые стародавние армянские, турецкие и персидские легенды говорят, что светлая полоса в небе - тропинка, устланная соломой. В большинстве же мифов Месопотамии, Египта, Греции Млечный Путь трактуется более возвышенно: как дорога, по которой божества спускаются на Землю или же души людей и прочих существ восходят для встречи с богами. А в пришедшем к нам через Рим из Древней Греции названии Via Lactea - Млечный Путь - отражен миф о молоке Геры, супруги Зевса, пролившемся на небосвод, когда она кормила Геракла. Греческое же слово galacias (читается "галаксиас", то есть "молочный") дало начало термину, которым мы теперь называем нашу Галактику - она представляется нам в виде Млечного Пути - и иные звездные системы" [1].

Вид на Землю и Млечный Путь. (взято с инета)

Обратимся к науке. Воистину не может не вызывать изумление тот факт, что наука, в лице научной космологии и астрофизики, смогла достаточно глубоко проникнуть в устройство и эволюцию нашей Галактики и всей видимой Вселенной. Перед нами огромные достижения наблюдательной астрономии, ядерной физики, физики элементарных частиц, астрофизики и др. наук. Сегодня в науке о Космосе активно используются методы математического моделирования на сверхмощных компьютерах. И вот оказывается, что наша Галактика не менее интересный и важный объект изучения, чем вся Метагалактика с ее гигантским числом различных галактик. Дело не только в том, что объекты Млечного Пути к нам ближе и больше могут влиять на условия нашей жизни, но и в том, что нам, находясь внутри Млечного Пути, труднее изучать структуру нашей Галактики, чем строение др. галактик. Нам мешают межзвездные пылевые облака, сильно поглощающие свет. Когда стала развиваться радиоастрономия (после Второй мировой войны), и появились совершенные инфракрасные телескопы, удалось сделать прорыв в изучении Млечного Пути, хотя многие важные детали до сих пор не ясны. Например, очень плохо изучена так наз. "Зона избегания", о которой скажем позднее.

Изучаем Млечный Путь

Еще Галилео Галилей в 1610 г. с помощью своего телескопа обнаружил структуру Плечного Пути - тот факт, что Галактика состоит из огромного количества слабо светящихся звезд. А Иммануил Кант (как мы помним, предложивший первую правдоподобную гипотезу образования Солнечной системы), в 1755 г. высказал гипотезу о том, что Млечный Путь является вращающимся телом, похожим на диск и состоящим из большого количества звезд. Мы видим этот диск с боку в виде полосы на ночном небе. Звезды вращающегося диска удерживаются гравитационными силами аналогично тому, как удерживаются вместе тела Солнечной системы, но только на гораздо больших масштабах Галактики. Кант даже предположил, что некоторые из видимых туманностей могут быть отдельными огромными телами, подобными нашей Галактике. Уильям Гершель в 1785 г. попытался определить форму и размеры Млечного Пути и даже положения в нём Солнца, используя метод подсчёта звезд (доступных наблюдению в его телескоп) по разным направлениям. Гершель не мог тогда знать ни истинных расстояний до звезд, ни о поглощении света в облаках межзвездной пыли. Но ему удалось получить следующие результаты в световых годах (он является автором этой единицы расстояния): диаметр сплюснутого галактического диска - 5800 световых лет, а толщина диска - около 1100 световых лет. Гершель почти в 15 раз занизил размеры нашей Галактики, если исходить из современных данных, но это уже был прорыв [2; 3].

Телескоп Галилео Галилея, который 7 января 1610 года провёл первые астрономические наблюдения [4]

Наибольший телескоп Уильяма Гершеля с фокусным расстоянием 12 метров [4]

Купол Большого телескопа альт-азимутального с диаметром главного зеркала 6,05 метров, расположенный на Кавказе, в Карачаево-Черкесии (РФ), вступившего в эксплуатацию в 1975 г. (взято с инета)

Расстояния до ближайших звезд нашей Галактики научились определять методом тригонометрических параллаксов. Поскольку орбитальное движение Земли приводит ктому, что втечение года мы оказываемся то по одну сторону Солнца, то по другую, то врезультате мы смотрим на звезды под немного разными углами. На небосводе это выглядит как колебания звезды вокруг некоторого среднего положения- так наз. "годичный параллакс". Ясно, что чем дальше звезда, тем меньше размах этих колебаний. Определив, насколько сильно меняется видимое положение звезды из-за годичного движения Земли, т.е. годичный параллакс, можно рассчитать расстояние до нее спомощью обычных тригонометрических формул. Кстати, с методом параллаксов связана такая единица измерения астрономических расстояний, как "парсек". Один парсек- это расстояние, с которого радиус земной орбиты виден под углом водну секунду. (Один парсек равен 3,2616 св. года.) Однако, поскольку даже для ближайших звезд параллактический угол очень мал, то спомощью даже самых современных угломерных инструментов удается определить расстояния до звезд, удаленных от нас не более чем на несколько сотен парсек. Но, например, расстояние до центра Галактики равно 8-10тыс. парсек, и здесь нужны др. методы измерений [5]. Впервые достаточно точно годичный параллакс звезды Веги (альфа созвездии Лиры) удалось измерить выдающемуся русскому астроному (немец.происхождения) Василию Яковлевичу Струве (при рождении Фридрих Георг Вильгельм Струве) в 1837 г. В 1838 г. немецкому астроному и математику Фридриху Бесселю удалось измерить параллакс звезды 61 Лебедя. Соответствующие параллактические углы оказались довольно малы. Вот их современные значения: 0,129 и 0,287 угловых секунд, соответственно [Годичный звездный параллакс. Википедия].

Для измерения расстояний до более удаленных звезд стали использовать фотометрические методы, которые основаны на измерении количества света, поступающего от источника излучения. Чем дальше от нас он находится, тем тусклее становится. Поэтому, если астрономам каким-то образом удается определить его истинную яркость, то они, сравнив ее с видимой яркостью, оценивают расстояние до источника излучения. Для измерений относительно небольших расстояний сначала XX века вне конкуренции стали и остаются цефеиды- особый род переменных звезд, у которых истинная яркость связана простым соотношением сих периодом. Для оценки более значительных расстояний в качестве "стандартных свечей" применяются сверхновые типа Ia, поскольку наблюдения говорят, что в максимуме блеска их истинная яркость примерно одна и та же [5]. В самом начале XX века (1908 г.?) американский астроном-женщина Генриетта Ливитт, изучая переменные звезды цефеиды, "сделала свой важнейший вклад в астрономию: она обнаружила зависимость между периодом изменения блеска и самим блеском звезды. Знание зависимости период-светимость для цефеид помогло астрономам измерить расстояния, как в нашей Галактике, так и от нее до ближайших галактик. В итоге, именно эта зависимость позволила Эдвину Хабблу в 1929 году сделать важнейшее открытие в астрономии ХХ века - обнаружить расширение Вселенной" [6].

Для получения более подробной информации о звездах - температуре, химическом составе, скорости и направлении движения и пр. стали использовать спектральные методы. Спектры звезд оказались информативными. Многие звезды имеют спектр близкий к излучению так наз. "абсолютно черного тела", что позволяет определить температуру их поверхностей. Кроме того, на фоне непрерывного "чернотельного" спектра обнаруживаются дискретные линии и полосы поглощения. "При определенных условиях вещество излучает (если оно излучает само) или поглощает (если его освещает другой источник) свет лишь на определенных частотах. Конкретный набор частот зависит от индивидуального распределения энергетических уровней атомов, ионов или молекул вещества, а это означает, что по наличию той или иной спектральной линии можно сделать вывод, что в излучающем или поглощающем веществе присутствуют эти атомы и молекулы. По интенсивности линии, по ее форме, поляризации, а также по отношению интенсивностей разных линий одного и того же атома или молекулы можно определить содержание данного элемента в атмосфере звезды, степень ионизации, плотность вещества, его температуру, напряженность магнитного поля, ускорение силы тяжести... Если вещество движется, его спектр, в том числе линии, сдвигается как целое из-за эффекта Доплера: в синюю сторону спектра, если вещество приближается к нам, в красную - если вещество удаляется. Это означает, что по смещению линий относительно "лабораторного положения" мы можем делать выводы, например, о движении как звезды в целом, если смещается весь спектр, так и отдельных слоев ее атмосферы, если линии, образующиеся на различных глубинах, смещаются по-разному. В спектре звезды, подобной Солнцу, количество спектральных линий (в данном случае, линий поглощения) измеряется многими тысячами, поэтому можно без преувеличения сказать, что о звездных атмосферах (где находится вещество, которое проявляет себя в виде линий) мы знаем почти всё... Первую карту солнечного спектра построил в начале XIX века знаменитый оптик Йозеф Фраунгофер. Наиболее заметным темным линиям в спектре Солнца он присвоил буквенные обозначения, некоторые из которых применяются астрономами до сих пор... Во второй половине XIX века выяснилось, что положение линий поглощения... в спектре Солнца совпадает с положением линий излучения... в лабораторных спектрах различных химических элементов" [5].

Центр Галактики в созвездии Стрельца.

Центр Галактики расположен прямо за центром картинки. На картинке видны массивные облака пыли и скопления звезд. Светлые линии поперек фотографии - это пролетающие самолеты, а темные объекты в нижних углах фотографии - деревья. В Северном полушарии Стрелец можно отыскать летом поздним вечером очень низко над южной частью горизонта [7]

В конце XIX - начале XX вв. ученые пришли к выводу, что центр Галактики должен быть расположен вблизи границы созвездий Стрельца, Скорпиона и Змееносца. В конце 20-х гг. ХХ века уже не сомневались, что Галактика вращается. Когда Э.Хаббл доказал существование галактик далеко за пределами Млечного пути, а Роберт Джулиус Трюмплер (Трамплер) в 1930 г. измерил эффект поглощения света, изучая распределение рассеянных звёздных скоплений, концентрирующихся в плоскости Галактики, тогда были заложены основы современной научной картины нашей Галактики [2; 3].

Кстати, в 1930 г. Борис Александрович Воронцов-Вельяминов, независимо от Трюмплера, также опубликовал работы, подтверждающие межзвездное поглощение света. Но еще в 1847 г. В.Я. Струве сделал вывод, что свет звезд ослабляется межзвездной материей, однако до работ Б.А. Воронцова-Вельяминова и Р. Дж. Трюмплера такое открытие Струве не было признанным среди астрономов [8].

Выдающий американский астроном Эдвин Хаббл обнаружил существование галактик за пределами Млечного Пути, опубликовав свои результаты в 1924 г. Это было настолько поразительным открытием, что первое сообщение было сделано Хабблом в газете "Нью-Йорк Таймс" в виде небольшой заметки для широкой публики [9].

А перед этим в 1920-21 гг. произошла очень символичная "Большая дискуссия" по поводу природы обнаруженных спиральных туманностей и насчет размера Вселенной. Главными участниками "Большой дискуссии" были американские астрономы Харлоу Шепли и Гебер Кёртис. Шепли приводил аргументы в пользу того, что Млечный Путь- это и есть вся Вселенная. Он считал, что туманности (Туманность Андромеды и другие объекты спиральной формы) являются частью Млечного Пути. Это была точка зрения большинства ученых. Со своей стороны Кёртис утверждал, что Туманность Андромеды и др. аналогичные туманности были отдельными галактиками. У каждого ученого были свои весомые аргументы. Лишь благодаря работам Э. Хаббла в настоящее время известно, что Млечный Путь является лишь одной из сотен миллиардов галактик в Метагалактике, и доказательства Кёртиса были более верными. Но в других аспектах результаты дискуссии были не столь однозначны: во-первых, фактический размер Млечного Пути находится между размерами, предложенными Шепли и Кёртисом; во-вторых, победила модель Галактики Шепли. Так, Кёртис поместил Солнце в центр Галактики, тогда как Шепли правильно поместил Солнце во внешние области галактики [Большой спор. Википедия]. После открытия Хаббла, Шепли пересмотрел свою позицию и стал активным исследователем галактик. Харлоу Шепли исследовал переменные звезды в Млечном Пути и в др. галактиках, а также первый широко применил метод определения расстояний по цефеидам, основанный на открытой в 1908 Г.С.Ливитт зависимости период-светимость для этих переменных звёзд. Ему удалось оценить расстояния до ближайших шаровых скоплений; затем определить расстояния (порядка сотен тысяч световых лет) до более далёких скоплений. Шепли предложил довольно правильную модель нашей Галактики, согласно которой звёзды и туманности образуют плоскую линзообразную систему с центром, расположенным в направлении созвездия Стрельца, а шаровые скопления образуют почти сферическую концентричную с ней систему такой же протяжённости в плоскости Млечного Пути [Шепли, Харлоу. Википедия]. Кроме того, Х. Шепли обнаружил огромное количество (облако) галактик, сосредоточенное в малой области. В 1930 г. Х. Шепли опубликовал заметку по наблюдению удалённого "облака" галактик в созвездии Центавра: "...облако галактик в Центавре настолько большое, что может являться одним из самых густонаселённых, подобных ещё не обнаружили". И только в 1989 г. сверхскопление Шепли было официально открыто Сомаком Райчаудхори. В его публикации сверхскопление было названо в честь Харлоу Шепли, в знак признания его заслуг в исследовании галактик, входящих в сверхскопление [Свехскопление Шепли. Википедия]. Сверхскопление Шепли интересно тем, что это, вероятно, самое крупное сверхскопление из всех известных. Кроме того, наша Галактика вместе со всей местной группой галактик очень сильно притягиваются массивным сверхскоплением Шепли. К 90-м годам XX в. ученые уже видели эффект загадочного "аттрактора", притягивающего нас к себе. "В 1990-е годы астрономы, казалось, нашли этот аттрактор, обнаружив изрядное скопление галактик в направлении созвездий Гидры и Кентавра. ...Однако дальнейшие наблюдения показали, что Сверхскопление Гидры-Кентавра движется в общем потоке с Местной группой галактик под действием притяжения еще более далекого и массивного аттрактора. Только тогда астрономы вспомнили, что еще в 1930 г. известный американский исследователь Харлоу Шепли... указывал на "облако галактик в Кентавре, которое выглядит одним из самых населенных среди обнаруженных до сих пор и имеет форму овала размером около 2.8 угл.градусов на 0.8 угл.градусов". В центре этой области находится очень богатое скопление галактик Шепли-8, отождествленное с рентгеновским источником SC 1326-311 и ныне более известное как скопление Abell 3558" [10]. Наконец, в 2002 г. были опубликованы координаты и скорости нескольких тысяч галактик в сверхскоплении Шепли. "Выяснилось, что Шепли был прав: в направлении созвездия Кентавра, близ его границы с созвездием Гидры, присутствует гигантское уплотнение вещества, вобравшее в себя множество скоплений галактик и отдельных звездных систем. ...Его расстояние от нас около 14000 км/с (т.е. около 200 Мпк или 650 млн св. лет), а угловой диаметр в несколько раз превышает размер лунного диска. Чтобы понять меру ответственности Сверхскопления Шепли за быстрое движение окружающих его галактик, в том числе и нашей, необходимо определить массу этой гигантской супергалактической структуры". Это оказалось непростой задачей. Для ее решения использовалась компьютерная модель сверхскопления. И, "хотя астрономы выяснили строение крупнейшего архипелага галактик в местной области Вселенной, проблема загадочного аттрактора все еще не решена" [10].

Но, вернемся в XX век. В 1932 г. выдающимся советским, армянским астрофизиком Виктором Амбарцумяном была опубликована работа, в которой заложены основы современной теории газовых туманностей. "Методы, разработанные в этой работе, применимы при исследовании газовых оболочек, окружающих нестационарные звёзды, а полученные оценки масс этих оболочек имеют важное значение для выяснения проблем эволюции звёзд, так как дали возможность обнаружения первых признаков изменения состояний звёзд". В 1935-37гг. длилась дискуссия Амбарцумяна с известным английским учёным Джеймсом Джинсом о возрасте нашей Галактики. Амбарцумян показал, что возраст Млечного Пути на три порядка величины меньше принятой в то время в науке оценки Джинса [Амбарцумян, Виктор Амазаспович. Википедия; 11]. Теоретический анализ и обобщение наблюдательного материала привели к открытию звёздных систем нового типа, получивших название "звёздных ассоциаций". Виктор Амбарцумян доказал молодость звёздных ассоциаций, что послужило основой решения целого ряда принципиальных проблем звёздной космологии. В частности, было показано, что в Галактике процессы звездообразования продолжаются и в наше время, причем они имеют групповой характер [Амбарцумян, Виктор Амазаспович. Википедия; 12]. Вместо хронологии, основанной на теории термоядерного горения звезд, в конце 40-х годов Виктор Амбарцумян использовал совершенно иной подход к проблеме определения возраста звезд. Метод Амбарцумяна основывался на имевшихся в то время обширных наблюдательных данных о распределении звезд различных типов в пространстве, а также на результатах собственных исследований движений звезд в гравитационном поле, создаваемом Галактикой. Амбарцумяном были сделаны на указанной основе два важнейших для современного естествознания вывода: во-первых, звездообразование в Галактике продолжается и в настоящее время; во-вторых, рождение звезд происходит группами. Эти выводы были сделаны на базе открытия звездных ассоциаций, и они не зависят ни от предположений о механизме образования звезд (который в те годы не был установлен с уверенностью), ни от природы источников звездной энергии. Звездная ассоциация является относительно редкой пространственной группировкой звезд. Звезды из одной звездной ассоциации характеризуются необычными, но схожими параметрами, и поэтому следует считать, что все они образовались в одной ассоциации. Звезды- члены ассоциации практически не связаны друг с другом силой тяготения, но испытывают гравитационное воздействие других звезд, находящихся в этой области, в результате которого ассоциация распадается, а составляющие ее звезды рассеиваются среди др. звезд. Амбарцумяну удалось вычислить время, за которое так наз. "Т-ассоциация" должна распасться - не более нескольких миллионов лет. Возраст наблюдаемых звезд типа Т Тельца должен быть того же порядка. Амбарцумяном были выделены также группы звезд-гигантов высокой температуры, относящихся к спектральному классу O, которые были названы им О-ассоциациями и которые, аналогично, должны быть сравнительно молодыми объектами. Тем самым был подтвержден аналогичный вывод о звездах класса O, полученный по расчетам энергетики термоядерных реакций. Открытия Амбарцумяна вначале были встречены некоторыми астрономами с недоверием и вызвали ряд дискуссий. Однако исследования звездных ассоциаций и процесса звездообразования в них позднее подтвердили правильность основных выводов, к которым пришел Амбарцумян, и большую ценность их для звездной космогонии [12].

В 1926 г. Э.Хаббл построил, а в 1936 г. модифицировал, классификацию галактик, которую используют и по сей день (последовательность Хаббла). Стало возможным сравнивать известные типы галактик с Млечным путем. В 1951 г. было обнаружено радиоизлучение с длиной волны 21см, излучаемое межзвёздным атомарным водородом, наличие которого предсказал Х. Ван де Хюлст в 1944 г. Указанное излучение, не поглощаемое межзвездной пылью, позволило дополнительно изучить Галактику благодаря доплеровскому смещению (позднее прогресс радиотелескопов позволил отслеживать излучение водорода и в других галактиках). Указанные открытия привели к созданию модели Галактики с перемычкой в центре, которая призвана осветить многие вопросы астрономии и астрофизики. Но загадки, связанные с Галактикой, на этом не закончились. В 1970-х годах стало понятно, что общая видимая масса известных галактик, которая состоит из массы звёзд и межзвёздного газа, не может объяснить большой скорости вращения вещества в галактиках. Это привело к выводу о существовании скрытой массы - "тёмной материи", в том числе, и в нашей Галактике. Благодаря большой массе звезды галактик сильнее удерживаются вместе и могут быстрее вращаться вокруг галактических центров. Наблюдения, произведённые в начале 1990-х годов на космическом телескопе "Хаббл", показали, что наличие тёмной материи в нашей Галактике не может объясняться только существованием очень слабых и малых звёзд. Природа темной материи до сих пор не разгадана, хотя темной материи в несколько раз больше, чем видимой материи! В настоящее время считается, что звезды (включая Солнце), движутся вокруг центра Галактики, причем Солнце движется по своей галактической орбите со скоростью ~250 км/с, совершая один оборот вокруг центра Галактики за ~200 миллионов лет (продолжительность одного галактического года). От центра Галактики наше Солнце отделяют почти 30 тыс. св. лет, и мы находимся ближе к периферии Галактики. В галактическом диске и его утолщении (балдже) содержатся большинство звезд, звездные скопления и газово-пылевые облака Галактики. Галактический диск окружен гало, в котором находятся отдельные звезды и шаровые звездные скопления. Но еще больший объем занимает загадочная корона Галактики, окружающая диск и гало. Где-то в гало, короне и галактическом диске спрятана темная материя, масса которой больше, чем общая видимая масса Галактики [2; 3]. Темная материя имеет прямое отношение к происхождению и эволюции галактик, в том числе Млечного пути, о чем будет сказано ниже.

Движение Земли и Солнца вокруг Млечного Пути [13]

Кроме движения Солнца и всей Солнечной системы вокруг центра Галактики существует и другой вид движения - периодические колебания относительно плоскости Галактики. Примерно каждые 33 млн лет Солнце пересекает галактический экватор, поднимаясь над его плоскостью на высоту примерно в 230 световых лет, и затем снова опускаясь [14]. Вот как писал известный популяризатор науки В. Комаров: "...физические условия на Земле во многом зависят от физической обстановки в окружающей космической среде. А поскольку Солнце перемещается в пространстве Галактики и при этом пересекает области с различными свойствами, то эта обстановка с течением времени может изменяться довольно существенным образом. Особенно важное значение, по-видимому, может играть то обстоятельство, что Солнце не только обращается вокруг галактического центра, но и совершает периодические колебательные движения относительно галактической плоскости... Периодически пересекая галактическую плоскость, Солнце проходит через массивные облака пыли и газа, которые сосредоточены в этом районе. Гравитационное воздействие таких облаков может вызывать возмущения объектов "кометного облака", окружающего Солнечную систему, и "массовые "высыпания" ледяных глыб (кометных ядер), порождающие бомбардировку Земли "кометными ливнями". Заметное воздействие на состояние земной среды могут оказывать и сами газопылевые комплексы, если они обладают достаточно высокой плотностью. По мнению специалистов, попадание Земли внутрь таких комплексов может приводить к существенным похолоданиям и даже к глобальным оледенениям. Определенное влияние на окружающую среду, в частности на химический состав земной атмосферы, способны также оказывать органические соединения, которые входят в состав молекулярных облаков. Однако возможные экологические последствия подобного явления изучены еще недостаточно..." [15]. Впрочем, указанные выше параметры периодического колебания Солнца относительно галактической плоскости очень приблизительны. И насколько реальны угрозы, связанные с пересечением этой плоскости, сегодня никто сказать не может - см. [16].

Солнечная система движется не только через облака галактического газа и пыли, но и сквозь гало из темной материи, окутывающее наш Млечный Путь. Однако, кроме гравитационного воздействия на больших масштабах, мы никак не ощущаем присутствие темной материи вокруг нас. По некоторым оценкам, "плотность тёмной материи там, где мы живём, даже в наиболее реалистичных симуляциях оказывается во много раз меньше [плотности воды]: 10 в степени минус 12 кг/м3. Если собрать всю темную материю, находящуюся внутри всех людей на Земле в определённый момент времени, её не наберётся и на нанограмм". Если темная материя состоит из микрочастиц, то по некоторым оценкам "каждую секунду сквозь ваше тело пройдёт порядка 2,5 на 10 в степени минус 16 кг тёмной материи; каждый год - порядка 10 в степени минус 8 кг; в течение жизни сквозь человека пройдёт около 1 миллиграмма темной материи" [17].

В 1990-х гг. астрономы уверились в том, что присутствие сверхмассивных черных дыр в центрах (ядрах) галактик, в том числе нашей Галактики, является неотъемлемой частью структуры этих звездных систем (как и наличие более мелких черных дыр, разбросанных по всей галактике). Эти открытия стали возможны благодаря развитию радиоастрономии и рентгеновской астрономии. Ведь наблюдать в оптические телескопы галактический центр нашего Млечного Пути не удается из-за плотных скоплений межзвездной пыли. Однако, радиоастрономия и рентгеновская астрономия помогают решить эту проблему.

Полагают, что диск Млечного Пути погружён в более массивное почти сферическое гало тёмной материи. Плотность тёмной материи уменьшается с увеличением расстояния от центра галактики. Считается, что 95% Галактики состоит из тёмной материи. Светящаяся материя имеет массу около 9 на 10встепени 10 масс Солнца. Масса тёмной материи составляет от 6 на 10 в степени 11 до 3 на 10 в степени 12 масс Солнца [Гало тёмной материи. Википедия; 18]

Стало понятным, что сверхмассивная черная дыра, расположенная в центре нашего Млечного Пути, довольно невелика по сравнению с ядрами других галактик, и при этом относительно неактивна. В центрах других звездных систем черные дыры гораздо массивнее и к тому же являются очень активными, потребляя вещество близлежащих звезд и преобразуя часть этой материи в мощные рентгеновское и радиоизлучение. (Самый крайний случай - квазары - самые мощные по излучению космические объекты.) Сверхмассивная черная дыра, расположенная в центре нашей Галактики (Стрелец А*), имеет массу ~4,3 млн солнечных масс и быстро вращается, совершая один оборот за ~30 секунд (для сравнения - Солнце совершает один оборот за месяц). Сегодня ученые полагают, что сверхмассивные черные дыры имеются в ядрах почти всех галактик во Вселенной [19; 20; 21]. Свехмассивные черные дыры как-то связаны с происхождением и эволюцией галактик, и это относится к Млечному пути. Но в чем причина такой связи, и каков механизм возникновения сверхмассивных черных дыр, вот этот вопрос пока не решен.

В 2010 г. космический гамма-телескоп "Ферми" обнаружил две крупные структуры в форме восьмерки (или песочных часов), исходящие из центра нашей Галактики. Эти структуры, получившие название "пузырей Ферми", испускают излучение в гамма- и рентгеновском диапазонах. Они располагаются перпендикулярно плоскости нашей Галактики и простираются на 25 тысяч световых лет каждая. Такая суммарная длина примерно равна половине диаметра Галактики. Фактически восьмерка (или песочные часы) занимает половину видимого неба (от созвездия Девы до созвездия Журавля). Но раньше заметить пузыри Ферми астрофизики не могли из-за высокоэнергетичных частиц и межзвездного газа, которые создают фон в Галактике в гамма-диапазоне и потому мешают наблюдениям. Компьютерная иллюстрация пузырей Ферми приведена ниже [22].

Пузыри Ферми [NASAs Goddard Space Flight Center.] - см. [22]

Согласно одной из гипотез, пузыри Ферми связаны с недавней активностью сверхмассивной черной дыры Стрелец А* в центре Галактики. При падении вещества на черную дыру и его ускорении вблизи горизонта событий образуются релятивистские струи, или джеты. Это потоки плазмы, вырывающиеся из активных ядер галактик и квазаров. И хотя наша Галактика довольно спокойный уголок Вселенной, но в прошлом у Галактики могли быль джеты, и тогда пузыри Ферми могли образоваться из материала, подхваченного релятивистскими струями.Согласно второй гипотезе, пузыри Ферми появились в результате массового превращения звезд в центре Галактики в сверхновые. Эти звезды, обладавшие вихрями высокоэнергетических частиц, могли появиться в ходе кратковременной вспышки звездообразования. Оказывается, аналогичные структуры были обнаружены и в других галактиках. В 2016 г. российские астрономы заметили образования, схожие с пузырями Ферми, у галактики Туманность Андромеды [22]. Так что в прошлом сверхмассивная черная дыра в центре Млечного пути могла быть активной.

Кстати, совсем недавно, в 2019 г., астрономы зафиксировали сильное увеличение интенсивности излучения от сверхмассивной черной дыры в центре Млечного пути - в 75 раз. "За 24 года, которые мы изучали черную дыру, мы не видели ничего подобного. Обычно это достаточно тихая, небольшая черная дыра на диете. Мы не знаем, что вызывает этот "большой пир", - отметила ведущая соавтор исследования Андреа Гез, профессор физики и астрономии". Некоторые исследователи полагают, что такой сильной рост излучения связан с поглощением черной дырой большого количества газа, который принесла звезда S0-2, которая приблизилась к черной дыре еще в 2018 г. Полагают также, что такое увеличение излучения не опасно для жителей Земли, ведь район черной дыры скрыт за плотными слоями газа и пыли, и сама черная дыра достаточно далеко. Однако, ученые размышляют над тем, является ли нетипичное поведение черной дыры единичным случаем, или же предшествует дальнейшему росту активности, а это уже будет для нас хуже. "Большой вопрос состоит в том, переходит ли черная дыра в новую фазу - например, если бы скорость попадания газа в черную дыру выросла в течение длительного периода времени - или мы просто увидели следствие попадания в дыру нескольких необычных скоплений газа", - отметил профессор физики и астрономии и один из авторов исследования Марк Моррис [23].

На этом сюрпризы еще не окончились. В декабре 2015 г. японские астрономы опубликовали результаты наблюдения еще одной сверхмассивной черной дыры в 100 тыс. солнечных масс недалеко от центра Млечного пути - в 200 световых годах от него. Это стало неожиданностью. Полагают, что вторая сверхмассивная черная дыра досталась Млечному Пути от карликовой галактики, которую наша Галактика поглотила. Японские астрономы полагают, что вторая черная дыра постепенно смещается к центру Млечного Пути, и затем сольется с первой сверхмассивной черной дырой (Стрелец А*). А это сделает черную дыру в центре галактики гораздо массивнее, чем сейчас. Астрономы продолжают наблюдение за газовой туманностью, в которой расположена черная дыра, чтобы уточнить ранее полученные данные, что позволит прояснить происхождение астрофизического объекта [24; 25; 26]. В 2019 г., анализируя наблюдения в рентгеновском диапазоне, астрофизики обнаружили в центре Галактики структуры размером около сотни парсек, которые они назвали "дымоходами". Авторы считают, что вдоль этих образований вещество и энергия от процессов в самом центре Галактики перемещаются к пузырям Ферми. Результаты опубликованы в журнале Nature. Полагают, что миллионы лет назад сверхмассивная черная дыра Стрелец A* могла быть заметно активнее, выбрасывая джеты и формируя пузыри Ферми. Теперь же обнаружены и "дымоходы", по которым движется вещество к пузырям Ферми. Но численные оценки энергии в "дымоходах" и вблизи центра Галактики, проделанные астрофизиками, пока не позволяют сделать выбор между двумя альтернативными гипотезами насчет причины образования обнаруженных структур: вспышки сверхновых в центральном скоплении или активность сверхмассивной черной дыры (например, происходящим раз в несколько тысяч лет приливным разрушением подлетевшей слишком близко звезды). "Мы знаем, что исходящие из галактики потоки материи и энергии играют определяющую роль в формировании и изменении ее облика - они являются ключевым компонентом, влияющим на то, как галактики и другие структуры формируются и эволюционируют, - говорит... один из авторов работы. - К счастью, наша Галактика предоставляет нам близкую лабораторию для детального исследования и изучения движения потоков в космосе вокруг нас" [27]. Возраст Галактики удалось оценить как по динамике остывающих белых карликов, так и по особенностям состава шаровых звездных скоплений. Но для этого приходится пользоваться моделями эволюции указанных звезд и звездных скоплений. Успешное развитие теории звездной эволюции началось после того, как в конце 30-х годов XX века Х. Бете и К. Вейцзекером была решена проблема источника энергии на Солнце: этим источником оказалась реакция ядерного синтеза гелия из водорода [28]. К настоящему времени теория звездной эволюции и модели на ее основе дают возможность рассчитать возраст звезд и звездных скоплений. В итоге пришли к возрасту Галактики 13-15 млрд лет (по наблюдениям белых карликов) и (13-13,4) млрд лет (по наблюдениям шаровых скоплений) [29].

Млечный путь (компьютерная модель). Спиральная галактика с перемычкой. В центре находится сверхмассивная чёрная дыра - Стрелец А*. В Галактике два больших рукава и два меньших рукава. (Взято с Википедии)

В 2005 г. удалось оценить возраст Галактики по изотопному составу (торий-232 и уран-238) одной старой звезды, исходя только из изотопного состава Солнца и периода полураспада соответствующих изотопов. Оценка дала 14 млрд лет с относит. погрешностью 1/7. Преимущество этого метода в том, что он не использует модель эволюции звезд [30].

Такой возраст - в миллиарды лет - плохо постигается человеческим разумом. Ведь человек обычно не проживает и ста лет. Каковы реальные свойства времени на столь отдаленных промежутках? А что, если линейная ось времени является грубым приближением? И тогда все наши экстраполяции на столь отдаленное прошлое есть лишь артефакт нашего метода познания...

А теперь скажем о роли темной материи в происхождении и эволюции галактик, в том числе Млечного пути. После обнаружения темной материи первое время полагали, что она состоит из легких частиц нейтрино. Но это не подтвердилось. Загадочные нейтрино остались сами по себе, а еще более загадочная темная материя - сама по себе. К концу 1980-х - началу 1990-х гг. стало проясняться, что темная материя должна состоять, скорее всего, из неизвестных тяжелых частиц. Тогда сложилась удачная картина, в которой согласуются сценарий происхождения галактик и их скоплений с фактом небольшой анизотропии реликтового излучения и с фактом слишком быстрого вращения галактик. В настоящее время почти никто из крупных ученых не сомневается в наличии темной материи, хотя ее частицы пока не обнаружены. На сегодня сценарий происхождения галактик и их скоплений в общих чертах выглядит так. С самого начала возникновения Вселенной, от инфляционной стадии, в обычной и темной материях существовали первичные неоднородности, имевшие очень малую амплитуду - всего ~5 на 10 в степени минус 5. Представьте себе маленькую рябь волн, амплитудой 5 мм, на поверхности моря, глубиной 100 м. Вот такие маленькие неоднородности, сгущения материи. Однако, по причине гравитационной неустойчивости в темной материи даже такие малые неоднородности плотности постепенно росли, и темная материя стала "комковаться", образуя более плотные области и менее плотные. Обычная материя вначале не могла так комковаться до тех пор, пока излучение не отделилось от вещества (момент рекомбинации) ~380 тыс. лет от Большого взрыва, сохраняя ту же амплитуду неоднородностей ~5 на 10 в степени минус 5. Отделившееся излучение сохранило на себе отпечаток указанных неоднородностей на том же примерно уровне ~5 на 10 в степени минус 5. Но, когда наступила эпоха разделения вещества и излучения, то уже обычная материя стала способной испытывать гравитационные неустойчивости и комковаться. Тогда начинается процесс стягивания обычной материи к местам сгущения темной материи. Так что крупномасштабная структура Метагалактики формировалась темной материей, которой в несколько раз больше, и лишь потом обычная материя стягивалась в эту крупномасштабную сеть, создавая видимую нам структуру скоплений галактик [31]. А вот откуда взялись эти самые первичные неоднородности материи, об этом нужно рассказывать отдельно, рассматривая космологическую инфляцию. Здесь мы этот момент опустим...

Совсем недавно (июль 2019 г.) появилось сообщение, что раскрыта важная деталь в эволюции Млечного пути, которая показывает сценарий формирования Галактики и заодно указывает на возраст Галактики. Обычно возраст Галактики оценивают по ее самым старым звездам, по их элементному составу (см. выше). Такие оценки дают нашему Млечному пути ~13,6 млрд лет, что ненамного моложе возраста Вселенной ~13,7 млрд. лет. Однако, если учесть, что Галактика могла сформироваться при объединении шаровых звёздных скоплений и карликовых эллиптических галактик, то возраст галактического диска Млечного пути будет моложе: 10-12 млрд лет. Т.е., самые старые звезды входили в те объекты (например, шаровые звездные скопления), которые дали начало диску нашей Галактики, а сам диск Млечного пути возник позже [32]. И вот испанские ученые смогли успешно промоделировать последовательность событий, которые породили нашу Галактику. Исследователи произвели точные измерения положения, яркости и расстояния около миллиона звезд нашей галактики, расположенных в радиусе 6,5 тыс. световых лет от Солнца, полученные с помощью космического телескопа Gaia, и провели моделирование по теоретическим моделям. "Предыдущие исследования показали, что галактический ореол имеет явные признаки того, что он состоит из двух разных звездных компонентов, в одном из которых доминируют более голубые звезды, чем в другом. Направление движения и скорость звезд с синей составляющей в спектре позволил идентифицировать их как остатки карликовой галактики Гайа-Энцелад, которая повлияла на ранний Млечный Путь. Однако характер красных звезд и время, когда произошло слияние Гайи-Энцелада и нашей Галактики, до сих пор были неизвестны. Анализ данных Gaia позволил нам получить распределение возраста звезд в обоих компонентах и показал, что эти два типа звезд образованы одинаково старыми звездами, которые старше, чем звезды толстого диска", - отмечают исследователи. Но при этом "звезды с синей составляющей имеют меньшее количество "металлов", чем с красной" ["металлов", т.е. элементов, которые тяжелее водорода и гелия - примечание В. Скосаря]. В результате "оказалось, что 13 млрд лет назад звезды начали формироваться в двух разных звездных системах, которые затем объединились: одна была карликовой галактикой, которую мы называем Гая-Энцелад, а вторая - главным родоначальником нашей Галактики, в четыре раза более массивным и с большей долей металлов. 10 млрд лет назад произошло столкновение между более массивной системой и Гайа-Энцеладом. В результате некоторые звезды, как из главного родоначальника Галактики, так и из Гайя-Энцелада, были введены в хаотическое движение и в конце концов образовали ореол Млечного Пути. После этого до 6 млрд лет назад, пока газ оседал на диск Галактики, продолжались бурные процессы звездообразования, которые привели к появлению того, что мы знаем как "тонкий диск". До сих пор все космологические прогнозы и наблюдения далеких спиральных галактик, подобных Млечному Пути, показывают, что эта фаза слияния малых структур происходила очень часто" [33].

Кстати, любопытная деталь! Получается, что примерно 6 млрд лет назад могли только закончиться бурные процессы звездообразования, вызванные указанным формирование нашей Галактики. Но этот срок очень близок к оценкам возраста Солнечной системы, когда могло возникнуть Солнце!...

Кстати, а каков возраст Солнца? Современная гелиосейсмология, используя модель эволюции звезды (динамику превращения водорода в гелий) и определяя ее состав, позволяет оценить возраст Солнца в 4,56- 4,58 млрд лет плюс период гравитационной конденсации протосолнечного облака (несколько миллионов лет). В итоге возраст Солнца составил неболее 4,6 млрд лет [29].

Схематичное изображение профиля Галактики. (Взято с Википедии)

Исходя из того, что мы сегодня знаем, можно дать такое определение нашей Галактики: Галактика - это гигантская гравитационно связанная система из темной материи, из ~ 200-400 млрд звезд (включая Солнце), а также значительного количества газа и пыли, пронизанная магнитными полями и заполненная космическими лучами (частицами высоких энергий). Основная масса звезд расположена в виде плоского диска (как считалось долгое время). Диаметр Галактики ~30 тыс. парсек (~100 тыс. световых лет) [Галактика. Википедия]. Однако, недавно появились данные астрономов, что диск Галактики искривленный и перекрученный в результате столкновений с др. крупными системами [34].

"Наши результаты показали, что галактика Млечный Путь не плоская. По краям она перекручена и искривлена, - говорит ученый. - Искривление могло произойти в ходе взаимодействия с другими сопутствующими ей галактиками, межгалактическим газом или темной материей - невидимым веществом, присутствующим во Вселенной, о чем известно очень немного". [34].

Новый облик нашей галактики: перекрученная и искривленная, как лопасть [34].

Млечный путь и карликовая галактика Стрельца (Взято с инета)

Кстати, а возможно ли столкновение в будущем Млечного пути с какой-нибудь ближайшей карликовой галактикой? Про предстоящее через ~4 млрд лет столкновение с Туманностью Андромеды мы сейчас не говорим, поскольку это и так у всех на виду. Нас интересует какой-нибудь неожиданный сюрприз типа такого, как обнаруженная недавно еще одна сверхмассивная черная дыра вблизи центра Млечного пути. Так вот. В 2011 г. ученые из Питсбурга под руководством К. Персела пришли к выводу, что карликовая эллиптическая галактика в созвездии Стрельца может быть ответственной за... ни много, ни мало... за образование спиральных рукавов Млечного Пути! Результаты моделирования ученых опубликованы в журнале Nature, где проанализировано столкновение карликовой галактики и нашей Галактики. "Оно дает нам новый и довольно-таки неожиданный взгляд на причину того, что наша галактика выглядит так, как выглядит", - говорит Персел. И далее: "Говоря космологически, наши расчеты показывают, что относительно небольшие столкновения вроде этого могут привести к серьезным последствиям в формировании галактик во всей Вселенной, - добавляет он. - Такая идея ранее высказывалась теоретически, но пока что не была реализована". Самое первое столкновение, имевшее место ~1,9 млрд лет назад, привело к неустойчивостям в структуре Млечного Пути, которые позднее были усилены, что и сформировало спиральные рукава и кольцеобразные структуры по краям нашей Галактики. Повторное столкновение, имевшее место ~0,9 млрд лет назад, имело меньшие последствия, поскольку карликовая галактика уже потеряла большую часть своей темной материи. Но и повторное столкновение дало аналогичный, хотя и меньший, эффект. После потери темной энергии карликовая галактика стала рассыпаться под действием гравитации нашей Галактики. "...Мы ожидали увидеть изменения в Млечном пути в результате столкновения, но не ожидали, что оно привело к образованию спиральных рукавов. Этого мы не предвидели". Это было настолько неожиданно, что ученые на несколько месяцев задержали публикацию своего открытия чтобы лишний раз все проверить. "Нам надо было убедить самих себя, что мы в здравом уме", - добавил Персел. А дело тут еще и в том, что считалось, что наша Галактика не подвергалась таким сильным возмущениям в течение последних нескольких млрд лет, а спиральные рукава возникли как естественный результат изолированной эволюции Млечного Пути. В настоящее время астрономы видят, как потоки звезд, некогда принадлежавших карликовой галактике, кружатся около Млечного пути. Однако, карликовая галактика развалилась не полностью, и через несколько миллионов лет начнется новое столкновение. Как отметил Персел: "Мы можем понять это, наблюдая за центром Млечного пути. На обратной от нас стороне звезды падают на диск Галактики снизу. Мы можем измерить скорость этих звезд и можем сказать, что скоро карликовая галактика снова удариться в диск, всего через 10 миллионов лет" [35]. Совсем недавно (середина 2019 г.) получены результаты, также требующие пересмотра доминирующей в настоящее время теории образования спиральных рукавов. "...Новое исследование, использовавшее результаты работы проекта гражданской науки Galaxy Zoo, участники которого вручную классифицировали тысячи галактик, показало, что ...зависимость между массой балджа галактики и плотностью спиральных рукавов на самом деле не является прямой, как считалось ранее: угалактик снебольшим балджем рукава бывают как слабо, так и плотно намотаны вокруг центра. Из-за этого, по-видимому, надо пересматривать и теории формирования рукавов вспиральных галактиках". Современное наука, как видим, стала использовать гражданское общество, добровольцев для помощи в работе. "Сейчас, вэпоху Big Data, количество известных галактик превысило несколько десятков миллионов и очень соблазнительно использовать этот объем информации для уточнения и перепроверки некоторых старых гипотез и теорий, на которые принято полагаться вастрономическом сообществе. Несмотря на то, что автоматические классификаторы, использующие машинное обучение, уже существуют и помогают вработе, для точной и надежной классификации все еще нужны люди- много людей, и даже астрономов всей планеты тут не хватит. На помощь приходит так называемая гражданская наука- привлечение добровольцев, многие из которых могут не иметь специального образования, для решения научных задач: в2007году был основан проект Galaxy Zoo, участники которого должны были помочь свизуальной классификацией галактик Слоановского цифрового обзора неба (SDSS). Для них подготовили специальные цветные снимки галактик, полученные наложением оригинальных снимков, сделанных втрех разных фильтрах... Эти снимки нужно описывать, отвечая на вопросы вроде "Галактика эллиптическая или спиральная?", "Видите ли вы признаки перемычки?", "Есть ли на снимке признаки спиральных рукавов?", "Насколько велик балдж по сравнению со всей галактикой?" одним из предложенных вариантов ответа. Несмотря на кажущуюся простоту вопросов, участники проекта, фактически, повторили работу Эдвина Хаббла, только на намного большем числе объектов: вместо трех сотен галактик, учтенных воригинальной работе Хаббла, на этот раз были классифицированы почти 300000галактик- в том числе намного более тусклых и меньших по размеру. Поскольку любой человек- неважно, астроном он или нет- может ошибиться, то каждую галактику независимо классифицировали 40человек и ее финальное описание определялась сучетом разброса мнений... Работу участников проекта Galaxy Zoo проанализировала группа астрономов под руководством Карен Мастерс... из Хаверфордского колледжа. К их удивлению обнаружилось, что существующая классификация по Хабблу не точна, а значит определение физических характеристик галактики по ее принадлежности к тому или иному классу может приводить кошибкам". В частности, выяснилось, что "если большим балджам действительно скорее свойственно иметь плотно намотанные спирали, то для малых балджей и близко не наблюдается преобладание слабой намотки". По всей видимости, это потребует смены "основной теории, объясняющей формирование спиралей- теории статических волн плотности. Эта теория, предложенная в1964году астрофизиками Цзя-Цзяо Линем и ФрэнкомШу, впервые дала математическое описание спиральных рукавов как неподвижных участков повышенной звездной плотности, вкоторые периодически попадают отдельные светила во время своего многомиллионнолетнего обращения вокруг центра галактики. Аналогией этой теории может быть автомобильная пробка, которая сама не движется, хотя машины сначала приближаются к ней на обычной скорости, потом медленно ползут впробке, а потом снова ускоряются... Математические уравнения, описывающие рукава втеории волн плотности, увязывали углы, под которыми спирали намотаны на балдж, смассой галактики (которая напрямую зависит от размера балджа). Немного неуклюжая, эта теория тем не менее смогла дать стройное объяснение долговременности спиралей". По всей видимости, спиральные рукава в галактиках, в том числе в Млечном Пути, не являются статическими волнами плотности. Альтернативные теории предполагают, что спиральные рукава являются самостоятельными объектами, в которых звезды гравитационно связаны, и рукава вместе со звездами вращаются вокруг центра галактики, изменяясь со временем [9]. Возможно однако, как указывалось выше, что спиральные рукава могут возникать по причине столкновений галактик.

В 2003 г., опубликовано первое сообщение об открытии еще одной карликовой галактики в созвездии Большого Пса. Правда, до сих пор существование этого объекта оспаривается. Указанная карликовая галактика предположительно содержит один миллиард звёзд и на данный момент является ближайшей к нашему положению в Млечном Пути среди соседних галактик: 25000 световых лет от Солнечной системы и 42000 световых лет от центра нашей галактики. Имеет форму неровного эллипса и предположительно содержит примерно столько же звёзд, сколько и Карликовая эллиптическая галактика в Стрельце, ранее считавшаяся ближайшей к нам галактикой. Гипотетическая галактика в Большом Псе была трудна для обнаружения из-за того, что находилась за плоскостью Млечного Пути, где концентрация звёзд, газа и пыли является максимальной. Это вместе с её малыми размерами объясняет, почему она не была открыта ранее. Ученые предполагают, что карликовая галактика разрывается на части гравитационным полем нашей Галактики. Ядро карликовой галактики сильно деградировало. Приливные силы стали причиной формирования длинного следа из звёзд, растянутого по орбите её вращения вокруг Млечного Пути в сложную кольцеобразную структуру, иногда называемую "Кольцом Единорога", которая оборачивается вокруг Млечного Пути три раза [Карликовая галактика в Большом Псе. Википедия]. В связи с указанными открытиями новых карликовых галактик, стремящихся слиться с нашей Галактикой, можем ли мы спокойно утверждать, что где-нибудь рядом не спрятана какая-нибудь опасная галактика-карлик, которая способна очень приблизиться к Солнечной системе со всеми вытекающими из этого последствиями (приливные воздействия и опасные выпадения комет, сгущение космической пыли и вызванное им сильное похолодание и др.)? Является ли наша Солнечная система таким уж безопасным домом? Новые исследования покажут...

А теперь затронем проблему антропного принципа. Суть этого принципа можно выразить так: наблюдаемые нами фундаментальные физические константы таковы, чтобы обеспечить возможность нашего существования (иначе говоря, наше существование возможно не в произвольном месте вселенной, а именно там, где для этого есть подходящие условия) [36]. Причем, относительно небольшие изменения констант могли бы привести к таким условиям, при которых формирование жизни было бы невозможным [37]. Кроме того, имеются некоторые космологические макропараметры - постоянная Хаббла, средняя плотность вещества и энергии, отношение числа барионов к числу фотонов и др., которые могут оказаться фундаментальными. И сегодня у нас нет ответа на вопрос об их фундаментальности [38].

И вот возникает любопытный вопрос применительно к нашей Галактике. Можно ли представить себе такой набор фундаментальных констант (физических и космологических), при котором Вселенная ограничивалась бы только нашей Галактикой? Это не праздный вопрос. Ведь в таком случае реализовалась бы картина мироздания, которую разделяло большинство ученых еще 100 лет назад, до открытий Хаббла. Напомню, тогда многие астрономы полагали, что наша Галактика и есть вся Вселенная. Стивен Хокинг высказал следующую неудовлетворенность антропным принципом. Антропный принцип "не учитывает все области Вселенной. Например, наша Солнечная система несомненно является необходимым условием нашего существования, так же как и ранние поколения ближайших звезд, в которых путем ядерного синтеза смогли сформироваться тяжелые элементы. Даже возможно, что потребовалась вся наша Галактика. Но не видно никакой необходимости в существовании каких-либо других галактик, не говоря уж о тех миллионах миллионов, что мы видим более-менее равномерно разбросанными по всей доступной наблюдению Вселенной. Эта макроскопическая однородность Вселенной очень мешает поверить, что строение Вселенной определяется чем-то таким периферийным, как сложные молекулярные структуры на одной из малых планет, вращающихся вокруг самой обычной звезды на окраинах довольно заурядной спиральной галактики" [39]. Хокинга можно понять, если абсолютизировать так наз. принцип Коперника, согласно которому ни Земля, ни Солнце, ни Млечный Путь ничем принципиально не выделены среди аналогичных объектов Вселенной. Большинство ученых, однако, слишком доверяют так наз. "принципу Коперника" и чувствуют неудовлетворенность "слабым антропным принципом", суть которого выше изложена. Ведь эти два принципа могут идеологически противостоять друг другу. Особенно это касается так наз. "сильного антропного принципа", который вообще считается неприемлемым для большинства исследователей, т.к. полностью противоречит принципу Коперника, придавая Вселенной уникальный характер. Так, сильный антропный принцип утверждает, что наша Вселенная специально создана с такими законами и параметрами, чтобы в ней имелась возможность нашего существования [37]. Впрочем, и опровергнуть сильный антропный принцип тоже пока что нельзя.

Но, вернемся к замечанию Стивена Хокинга. Я думаю, что Хокингу можно возразить. Дело в том, что мы сегодня еще плохо представляем какими бы свойствами обладал Космос, если бы в нем реализовался подобный набор численных значений констант, который ограничил бы Вселенную нашей Галактикой. Вполне возможно, что в такой вселенной были бы неблагоприятные условия для существования живых организмов. Вот мы с женой, например, хорошо себя чувствуем, проживая в частном доме, на окраине областного центра. Понятно, что условия для нашей жизни были бы очень неблагоприятными, если бы наш дом был одиноким, и вокруг нас не было бы целого поселка частных домов, не было транспорта, магазинов, аптеки и т.п. Но если взглянуть шире, то условия для нашей жизни были бы также весьма неблагоприятными, если бы наш дом не находился на окраине областного центра. Ведь тогда у нас не было бы работы и средств к существованию. А наше окраинное положение дает нам тот выигрыш, что мы наслаждаемся относительно чистым воздухом, садовым участком и звуками природы... Так что, как знать, может быть именно окраинное, заурядное положение биосферы и есть оптимальное условие для разумных живых организмов? Что касается меня, то я бы предложил максимально сильную формулировку антропного принципа, вопреки мнению научного сообщества. А именно: "законы природы, в том числе фундаментальные константы, во Вселенной подобраны так, чтобы в ней могли существовать разумно-свободные живые организмы, т.е. человек, которые располагали бы возможностью изучать и осваивать такую Вселенную". Посмотрите! В реальной Вселенной, благодаря наличию огромного числа галактик, более или менее разбросанных в пространстве-времени, человек может наблюдать и исследовать галактики и делать выводы насчет особенностей нашей Галактики. Если бы Млечный Путь был единственной галактикой, то у человека резко бы сократились возможности ее изучения по причине уникальности объекта и наличия сильных помех известного рода (газо-пылевые облака и др.). Кроме того, более или менее равномерное расположение галактик позволяет применять самые простые математические модели из всех возможных, применительно ко Вселенной в целом. Ну как вам моя аргументация?

А теперь скажем пару слов о так наз. "Зоне избегания". Вблизи плоскости Галактики примерно 20% неба за Галактикой остаются почти недоступными в видимой части спектра по причине таких помех, как скученность звезд и межзвездная пыль. Исследования в инфракрасной области спектра позволили частично проникнуть в эту часть. Определенную помощь могут оказать исследования на длине волны 21 см (излучение нейтрального водорода). Однако около 10% неба остаются сложными для исследования, поскольку внегалактические объекты могут быть перепутаны со звёздами Млечного Пути [Зона избегания. Википедия]. Какие загадки скрыты за центральной частью Млечного пути, в "Зоне избегания"? Какие сюрпризы еще нас ожидают?

На иллюстрации "Зона избегания" показана в виде серого конуса. Поиск галактик в "Зоне Избегания", подобно найденной в 1938 г. карликовой галактике в созвездии Печь, очень важен для ученых, так как поможет разгадать множество загадок. Например, указанная карликовая галактика оказалась спутником нашей Галактики [40].

"Изображение сверхскопления Парусов, выглядывающего из-за Зоны избегания Млечного Пути" [41].

Астроном Рене Краан-Кортевег в самом конце 2016 г. объявила, что она вместе с коллегами открыла сверхскопление из многих тысяч галактик в "Зоне избегания". Это сверхскопление - сверхскопление Парусов - протянулось на 300 млн св. лет (выше и ниже галактической плоскости). Интерес тут вот в чем. Местную группу галактик, включая Млечный Путь, притягивает к себе неизвестная масса. Часть такого притяжения можно объяснить за счет действия сверхскопления Шепли (часть - за счет Великого аттрактора и др. объектов). Но значительную часть эффекта притяжения нельзя объяснить объектами, уже обнаруженными астрономами. В "Зоне избегания" может прятаться какая-то неизвестная космическая структура огромной массы. И открытие сверхскопления Парусов как раз доказывает, что это именно так. Пока что астрономам не удалось точно оценить массу этого сверхскопления. И загадочная недостающая масса пока продолжает преследовать ученых вот уже более четверти века [41]. Но вернемся на меньшие масштабы. Если в осенне-зимнее время (в Северном полушарии) рассматривать звездное небо, то можно любоваться красивейшим созвездием под названием Орион. В самом Орионе (вверху, на плече) сияет красный сверхгигант звезда Бетельгейзе. Сегодня она еще видна как обычная звезда, но быть может завтра мы станем свидетелями ее взрыва, и тогда воочию увидим вспышку сверхновой. Звезда явно теряет свою устойчивость, а может быть, уже потеряла.

Положение Бетельгейзе (альфа) в созвездии Ориона (слева). Изображение нижней хромосферы Бетельгейзе, полученное наблюдением в субмиллиметровом диапазоне 9 ноября 2015 года на радиотелескопе ALMA (справа). Иллюстрации с Википедии

Полагают, что Бетельгейзе подвергнется взрыву сверхновой типа II, хотя возможно, что звезда сбросит оболочки в виде планетарной туманности. О том, когда случится взрыв звезды, никто спрогнозировать не может: это может с одинаковой вероятностью случиться завтра, через 10, через 100 или через 1000 лет. Полагают также, что такая вспышка сверхновой будет грандиозным астрономическим событием (яркость звезды настолько возрастет, что станет равна яркости полумесяца), но, являясь достаточно удалённой от Земли, она не будет представлять существенной угрозы жизни на нашей планете. Однако, существует небольшая вероятность, что ось вращения Бетельгейзе направлена прямо на Землю. Тогда последствия взрыва будут более ощутимыми, а вспышка будет во много раз ярче, чем если ось звезды будет направлена в сторону от Земли [Бетельгейзе. Википедия].

Вместо заключения

Для невооруженного глаза ночное небо, за редким исключением, демонстрирует звезды исключительно нашей Галактики. А среди редких исключений - туманная "звездочка" в созвездии Андромеды. Это мы видим знаменитую галактику Туманность Андромеды, которая считается немного превосходящей наш Млечный путь по размерам и массе. Наверное, какой-нибудь гипотетический наблюдатель из Туманности Андромеды тоже сможет увидеть на ночном небе слабую "звездочку" - такой мизерной выглядит наша огромная Галактика с расстояния ~2,5 млн световых лет...

И последнее. Давайте чаще любоваться ночным небом. Космический порядок - Космос - все-таки намного превосходит порядки, установленные человеком, и часто им же нарушаемые. Космос редко угрожает нам, гораздо чаще мы сами опасны для себя. Созерцая Космос, мы будем более спокойно относиться к житейской суете.

(Фото с инета)

Литература

1. Остапенко А. На берегах молочной реки. Наука и жизнь (07.2002). Режим доступа: https://www.nkj.ru/archive/articles/4464.

2. История изучения галактик. Сайт: Галактика. Режим доступа: https://sites.google.com/site/galaktika12673658/istoria-izucenia-galaktik.

3. Как началось открытие нашей Галактики. Режим доступа: https://aif.ru/archive/1696320.

4. Самые большие телескопы. От записной книжки и глаза до 340 мегапиксельной камеры и дата-центров. Часть 1 (11.02.2019). Режим доступа: https://habr.com/ru/company/ua-hosting/blog/439808.

5. Вибе Д. Откуда астрономы это знают? (18.02.2007). Режим доступа: https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/izbrannoe/430399/Otkuda_astronomy_eto_znayut#stars.

6. Тоточава А.Г. Генриетта Ливитт. Дочери Урании (02.04.2009). Режим доступа: http://www.astronet.ru/db/msg/1234190.

7. Созвездие Стрельца и центр Млечного Пути (05.06.1996). Режим доступа: http://www.astronet.ru/db/msg/1161737.

8. Астрономия: Учеб.пособие.../ М.М.Дагаев, В.Г. Демин, И.А. Климишин, В.М. Чаругин. М.: Просвещение, 1983.- 384 с., С.268-269.

9. Мусин М. Результаты проекта Galaxy Zoo заставляют пересмотреть теорию образования спиральных рукавов галактик (24.06.2019). Режим доступа: https://elementy.ru/novosti_nauki/433496/Rezultaty_proekta_Galaxy_Zoo_zastavlyayut_peresmotret_teoriyu_obrazovaniya_spiralnykh_rukavov_galaktik.

10. Сурдин В.Г. Сверхскопление Шепли - крупнейший архипелаг галактик (01.2003). Режим доступа: http://vivovoco.astronet.ru/VV/JOURNAL/NATURE/01_03/SURDIN.HTM.

11. Виктор Амбарцумян - переоткрытие астрофизики (02.06.2019). Режим доступа: https://naked-science.ru/article/history/viktor-ambarcumyan-pereotkrytie.

12. Горбацкий В.В. Открытие звездных ассоциаций и определение возраста звезд (17.09.2002). Режим доступа: http://www.astronet.ru/db/msg/1179741.

13. Как движется Солнечная система (12.02.2018). Режим доступа: https://habr.com/ru/post/410291.

14. Солнце. Положение Солнца в Галактике Млечный Путь. Режим доступа: http://znaniya-sila.narod.ru/solarsis/solar/solar_01.htm.

15. Комаров В. Тайны пространства и времени. Галактические опасности. Режим доступа: https://fil.wikireading.ru/55655?fbclid=IwAR1ZzYNZKWFnmLOubK_HMvI0OvK99FGTjvqKbi7g4pamuxnZzz-C6ID3EP0.

16. Вибе Д. Реально ли пересечение Солнцем экватора Галактики, которое якобы предсказано на декабрь 2012 года? Режим доступа: https://cosmos.mirtesen.ru/blog/43525316088/Realno-li-peresechenie-Solntsem-ekvatora-Galaktiki,-kotoroe-yako.

17. Сколько тёмной материи проходит через ваше тело каждую секунду (09.07.2018). Режим доступа: https://habr.com/ru/post/416467.

18. Масса темной материи в Млечном пути может быть переоценена в два раза (13.10.2014). Режим доступа: https://kosmolenta.com/index.php/364-2014-10-13-dark-matter.

19. Борисов М. Доказано существование массивной черной дыры в центре Галактики (18.10.2002). Режим доступа: https://graniru.org/Society/Science/m.12180.html.

20. Астрономы взвесили черную дыру вцентре Млечного Пути (10.12.2008). Режим доступа: https://lenta.ru/news/2008/12/10/blackhole.

21. Борисов М. Сверхмассивная черная дыра в центре нашей Галактики быстро вращается (30.10.2003). Режим доступа: https://graniru.org/Society/Science/m.48874.html.

22. Пузыри Ферми. Постнаука (03.12.2018). Режим доступа: https://postnauka.ru/faq/92911/.

23. Сверхмассивная черная дыра внутри Млечного пути стала активнее. Что происходит (13.09.2019). Режим доступа: https://tsn.ua/ru/nauka_it/sverhmassivnaya-chernaya-dyra-vnutri-mlechnogo-puti-stala-aktivnee-chto-proishodit-i-predstavlyaet-li-eto-opasnost-dlya-chelovechestva-1410951.html.

24. Александр Еникеев. Астрономы обнаружили вторую по размеру черную дыру в Млечном Пути (16.01.2016). Режим доступа: https://nplus1.ru/news/2016/01/16/blackholeincloud/.

25. Tomoharu Oka, Reiko Mizuno, Kodai Miura, and Shunya Takekawa. SIGNATURE OF AN INTERMEDIATE-MASS BLACK HOLE IN THE CENTRAL MOLECULAR ZONE OF OUR GALAXY (2015 December 28). Режим доступа: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8205/816/1/L7.

26. Рядом с центром Млечного Пути нашли сверхмассивную чёрную дыру (06.09.2017). Режим доступа: https://habr.com/ru/post/406481.

27. Кешелава Т. Ученые нашли "дымоходы" между центром Млечного Пути и пузырями Ферми. (21.03.2019). Режим доступа: https://nplus1.ru/news/2019/03/21/galactic-chimneys.

28. Рыжов В.Н. Звездный нуклеосинтез - источник происхождения химических элементов. Режим доступа: http://www.astronet.ru/db/msg/1171260.

29. Сколько лет Вселенной? "Популярная механика" (N5, Май 2012). Режим доступа: https://www.popmech.ru/science/12616-vozrast-mirozdaniya-slushaem-puls-vselennoy.

30. Возраст Млечного Пути оценили спомощью радиоизотопов (30.06.2005). Режим доступа: https://lenta.ru/news/2005/06/30/milkyway.

31. Штерн Б.Е. Прорыв за край мира. О космологии землян и европиан / Борис Е. Штерн. - М.: Троицкий вариант, 2014. - 304 с., С.152-156.

32. Возраст Млечного Пути (28.10.2016). Режим доступа: http://universetoday-rus.com/blog/2016-10-28-1759.

33. Как возникла наша галактика, установили испанские ученые (23.07.2019). Режим доступа: https://racurs.ua/n124681-kak-voznikla-nasha-galaktika-ustanovili-ispanskie-uchenye-video.

34. Гош Паллаб. Мы живем в искривленной и перекрученной галактике. Это многое объясняет (02.08.2019). Режим доступа: https://www.bbc.com/russian/other-news-49204115#.

35. Происхождение рукавов Млечного пути (21.09.2011). Режим доступа: http://www.cosmos-journal.ru/articles/330/.

36. Рубаков В.А. Иерархии фундаментальных констант. УФН, том 177, N4, 2007. - С. 412-413.

37. Черепащук А.М. История истории Вселенной. УФН т.183,N5. 2013. - С.553.

38. Каршенбойм С.Г. Фундаментальные физические константы: роль в физике и метрологии и рекомендованные значения. УФН, том 175, N3, 2005. - С. 280.

39. Хокинг С. Три книги о пространстве и времени / Стивен Хокинг; пер. с англ. - СПб.: ЗАО "Торгово-издательский дом "Амфора", 2014. - 366 с., С. 196.

40. Есенина Т. Галактики, спрятанные в "Зоне избегания" (11.08.2011). Режим доступа: https://infuture.ru/article/4732.

41. Скрытое сверхскопление может решить загадку Млечного Пути (21.12.2017). Режим доступа: https://habr.com/ru/post/409033.

Скосарь В.Ю., г.Днепр, декабрь 2019 г.