Александр Викторович Волков - 100 великих загадок астрономии
Вообще говоря, процессы образования первых галактик и их эволюция кажутся теперь гораздо более сложными, нежели пару десятилетий назад. Зарождение галактик, их столкновения и слияния сыграли важную роль и в формировании шаровых скоплений.
Еще в 1980-е годы американский астроном Франсуа Швейцер предположил, что вихревые процессы, возникавшие при столкновении первых галактик, сопровождались уплотнением газовых облаков, и это приводило к появлению шаровых скоплений. При столкновении спиральных галактик, уже содержавших шаровые скопления, возникала новая их генерация. Этот «галактический каннибализм» способствовал рождению молодых скоплений, окрашенных в красные цвета.
Того же мнения придерживается и Кит Ашман из университета Миссури: «При зарождении спиральных галактик образуются шаровые скопления. А когда эти галактики сталкиваются, возникают новые шаровые скопления». Кит Ашман и его коллега Стивен Зепф из Мичиганского университета выдвинули подобную гипотезу и предсказали, что существуют две генерации шаровых скоплений, еще в 1992 году – до того, как астрономам удалось обнаружить эти молодые скопления.
Теперь они известны, например, в галактиках NGC 1275 и NGC 7252 и, прежде всего, в так называемых «галактиках Антенны» NGC 4038 и NGC 4039. Последние находятся в созвездии Ворона, на расстоянии 63 миллионов световых лет от Земли. Это две самые близкие к нам столкнувшиеся галактики. Свое название они получили из-за двух вытянутых полос газа и звезд – так видоизменились их спирали под действием силы притяжения соседней галактики. Подобные полосы напоминают усики («антенны») насекомых. Результатом слияния «звездных островов» является эллиптическая галактика.
Галактики Антенны – NGC 4038 и NGC 4039
Наблюдая за этой космической катастрофой, Швейцер и его коллеги обнаружили несколько сотен молодых массивных звездных скоплений, которые можно назвать «протошаровыми скоплениями». Они насчитывают до миллиона звезд и образовались всего несколько десятков миллионов лет назад. Разумеется, лишь часть этих скоплений уцелеет; остальные со временем распадутся, а звезды, составлявшие их, рассеются на просторах галактики.
Тем более, пока не подтверждено, что из подобных скоплений звезд могут вырасти настоящие шаровые скопления, а потому все сказанное остается лишь гипотезой. Кроме того, галактики редко сталкиваются, и если даже при их коллизии образуется сотни шаровых скоплений, то почему, например, эллиптическая галактика М 87 содержит свыше 10 тысяч шаровых скоплений? Она, что, образовалась в результате последовательного (или одновременного?) столкновения десятков галактик? Или, может быть, при столкновениях галактик в ту пору, когда наша Вселенная была молодой, возникало гораздо больше шаровых скоплений? «Я полагаю, – пишет канадский астроном Уильям Харрис, рассуждая о галактике М 87, – что большинство этих красных скоплений образовалось за счет слияния газовых облаков на ранней стадии существования Вселенной. Наверняка играли важную роль и какие-то другие физические процессы – вопрос только в том, какие».
Различные модели формирования шаровых скоплений требуют скрупулезной проверки. Модели же эти, резюмируем сказанное, таковы:
а) Двухступенчатый коллапс. Голубые шаровые скопления образуются при коллапсе протогалактических облаков, которые почти не содержат тяжелых элементов. Через несколько миллиардов лет после этого наступает вторая фаза коллапса, которая приводит к формированию красных шаровых скоплений. Звезды, их составляющие, содержат значительно больше тяжелых элементов, которые образовывались после взрывов первых звезд. Однако эта теоретическая модель окончательно не разработана.
б) «Иерархическое образование». Красные шаровые скопления вырастают из газовых облаков, которые сливаются друг с другом, что приводит к возникновению новых галактик и новых шаровых скоплений. Но эта модель с трудом поддается проверке.
в) При столкновении и слиянии спиральных галактик образуются громадные эллиптические галактики. Эта катастрофа приводит к появлению новых – сравнительно молодых – шаровых скоплений. Недостаток этой гипотезы в том, что при столкновении галактик зарождается слишком мало шаровых скоплений.
г) Эллиптические галактики поглощают расположенные поблизости от них карликовые галактики и при этом «присваивают» себе их шаровые скопления. Однако, если эта гипотеза верна, то эллиптические галактики должны поглотить очень много карликовых галактик, чтобы обзавестись тем количеством шаровых скоплений, которым они обладают.
В принципе, различные сценарии формирования шаровых скоплений отнюдь не противоречат друг другу. Так как все-таки рождаются эти скопления?
Те, кто приходят позже: «космические вампиры»
В шаровых скоплениях порой рождаются необычные звезды. Их называют Blue Stragglers, «голубыми страгглерами», или «голубыми отставшими звездами», поскольку они не вписываются в традиционную схему зарождения и эволюции звезд. Они являются, как шутят астрономы, звездными «каннибалами» или «вампирами».
Как известно, возраст всех звезд, составляющих шаровое скопление, одинаков. Но иногда здесь встречаются также очень массивные и горячие звезды, которые заметно моложе других. Их начали обнаруживать еще в 1950-е годы, но их происхождение долгое время таило загадку. «Такое ощущение, словно среди обитателей дома престарелых встречаешь нескольких заигравшихся детей. Так и хочется спросить, откуда они здесь взялись», – признавался астроном Франческо Ферраро из Болонского университета.
Вплоть до середины 2000-х годов об этих звездах было достоверно известно одно. Они не так молоды, как кажутся – просто каким-то образом умеют омолаживаться. К этому времени у астрономов имелись две гипотезы, объяснявшие их происхождение.
По одной версии, они возникали при слиянии двух звезд. Эта пара сближалась до тех пор, пока не начинала вращаться вокруг общего для них центра тяжести. Двигаясь по спирали, обе звезды устремлялись навстречу друг другу и, наконец, сливались в пламени космической вспышки. Впрочем, проходили тысячелетия, прежде чем в недрах этого конгломерата разгоралась термоядерная реакция. Вспыхивала новая звезда.
Процесс формирования «голубых вампиров»
По другой версии, «голубые страгглеры» появлялись на месте двойных звезд. Одна из звезд, составлявших пару, постепенно поглощала свою соседку. Чем больше она насыщалась ее «соками», тем ярче светилась, тем больше наливалась голубой краской, словно посиневший вампир. Теперь она, яркая, горячая, внешне почти не отличалась от молодой звезды.
Чтобы выяснить, какая из гипотез верна, канадский астроном Алисон Силлс и его коллеги исследовали 56 шаровых скоплений. Они выяснили, что количество «голубых отставших звезд» никак не связано с предполагаемым числом звездных коллизий. Зато эта величина прямо пропорциональна массе скопления. Это – наиболее убедительный аргумент в пользу того, что они возникли за счет «вампиризма» – перетекания вещества от одной звезды к другой.
Дело в том, что наиболее массивные ядра шаровых скоплений содержат особенно много двойных звезд, а в этих парах такое явление, как «звездный вампиризм», наблюдается чаше всего. Допустим, если двойную систему составляют звезды, очень сильно разнящиеся по своей массе, то их развитие протекает совершенно по-разному. В недрах более крупной звезды запасы водорода иссякают гораздо быстрее, и она превращается в красного гиганта. Когда она стремительно расширяется, то ее оболочка начинает перетекать к звезде, расположенной рядом. Со временем звезды в этой паре меняются ролями. От гиганта остается лишь небольшое ядро, которое обращается теперь вокруг второй, очень разросшейся звезды. Фактически возникает новая пара, состоящая из белого карлика и «голубой отставшей звезды».
Однако результаты исследования, проведенного Ферраро, свидетельствуют, что некоторые «голубые страгглеры» все же образуются иным путем – при лобовом столкновении двух звезд. Разумеется, эти «дорожные аварии» очень редки – даже в центре шарового скопления, где мельтешит множество звезд. Порой дело вовсе не доходит до столкновений. Звезды лишь сближаются друг с другом настолько, что оболочка одной звезды начнет перетекать к другой. В любом случае, после подобной коллизии запасы топлива, содержавшегося в недрах обеих звезд, перемешиваются, и термоядерная реакция вспыхивает с новой силой.
«Проделанные нами наблюдения показали, что голубые страгглеры, возникшие в результате подобных коллизий, по своим характеристикам несколько отличаются от “звезд-вампиров”, – поясняет астроном Европейского космического агентства Джакомо Беккари, – причем в одном и том же скоплении можно найти звезды, образовавшиеся и тем и другим способами».
