В развитии всех наук о природе всегда бывает какой-то начальный период, в который происходит накопление сведений о различных явлениях.
Сравнительно до недавнего времени астрономы изучали только развитые формы галактик. Это был начальный период развития науки о космосе. В 30-х годах XX столетия, когда мощные телескопы позволили получить сотни фотографий галактик, возникла необходимость в создании классификации галактик, чтобы систематизировать накопившиеся сведения. Так появилась упомянутая нами ранее «вилочная» классификация галактик, разработанная Хаблом.
На некоторое время она удовлетворила астрономов. Но классификация Хабла основана главным образом на внешних (морфологических) различиях в строении галактик. С каждым годом становилось все более очевидным, что классификация Хабла не отвечает возросшим требованиям быстро развивающейся науки о космосе, что она устарела. В классификации Хабла галактики, имеющие совершенно разный характер строения и внутренних движений, включались в один тип, занимали в «вилке» соседние места. Некоторые ученые пытались усовершенствовать классификацию Хабла. Но сейчас уже ясно, что никакие улучшения не спасут «вилочную» диаграмму и она уступит место новой классификации, основанной на более или менее фундаментальной теории строения и развития галактик. К сожалению, такой теории пока еще нет. Сделаны только первые шаги в направлении ее создания. Поэтому нам и приходится говорить о некоторых еще не решенных загадках космоса. Но к настоящему времени наука о космосе уже накопила много наблюдений галактик, и недалеко то время, когда будет создана подлинная теория их строения и развития.
Однако для создания такой теории недостаточно изучать одни только галактики, обладающие развитыми формами. Необходимо обратиться к изучению простейших типов галактик, находящихся в зародышевом состоянии. Но где же искать такие галактики?
Совсем недавно на этот вопрос трудно было ответить. Но теперь такая возможность имеется благодаря трудам группы советских астрономов во главе с профессором Б. А. Воронцовым-Вельяминовым. Эта группа провела очень большую и важную работу по составлению атласа фотографий «взаимодействующих» галактик, то есть тесных групп из двух, трех и более звездных систем. Благодаря этому атласу мир галактик предстал перед астрономами в новом свете. Было обнаружено существование новых типов галактик, и выяснилось, что в мире галактик наряду с силой взаимного притяжения значительную роль играют силы отталкивания, природа которых пока не известна. Но это не беда. Всегда каждый новый шаг в развитии науки не только приносит решение каких-то задач, но и ставит перед наукой новые проблемы. Без этого развитие науки должно было бы остановиться. В чем причина образования спиральных ветвей у многих галактик? Это одна из трудных задач, которую удалось решить. До недавнего времени считалось, что спиральные ветви галактик вытекают из их ядер. Причина этого истечения была не совсем ясна, но другого объяснения не было, и постепенно все астрономы привыкли к этой мысли. Однако теорию истечения ветвей можно было сравнительно легко применить только к SA-галактикам, у которых ветви закручиваются плавно. Но зато SB-галактики явно противоречат этой теории. В самом деле, чем тогда объяснить, что в SB-галактиках истечение (если оно действительно происходит из ядра) совершается сперва прямолинейно, образуя перекладину галактики, а затем резко переламывается и дальше идет под углом в 90° к первоначальному направлению, образуя ветви? Не может же сила, заставляющая вещество ветвей истекать из ядра, быть направленной под прямым углом к направлению истечения. Поэтому отношение к SB-галактикам было двойственным: с одной стороны, их считали родственными SA-галактикам (у обоих типов были ядра и ветви); с другой стороны, наличие перемычки заставляло отделять их от SA-галактик. У некоторых SB-галактик прямолинейные перемычки очень небольшие по сравнению с размерами ядра. Они имеют вид коротких выступов из ядра, от которых начинаются ветви. В отдельных случаях эти выступы едва заметны и такие SB-галактики почти не отличаются от галактик типа SA. Поэтому французский астроном Ж. Вокулер предложил обозначать их символом SAB, подчеркивая промежуточность такого типа галактик. Но подавляющее большинство SB-галактик весьма заметно отличается от SA-галактик, и их легко отличить друг от друга с первого взгляда. Оставалось совершенно непонятным, почему «истечение» ведет себя по-разному у SA- и SB-галактик. Это была загадка номер один. Она и заставила астрономов назвать SA-галактики «нормальными», с тем, чтобы подчеркнуть странный излом спиральных ветвей у SB-галактик и найти его особые причины. Такой взгляд на излом спиральных ветвей SB-галактик был возможен только до тех пор, пока этот вид галактик считался исключительным.
Но за последние годы выяснилось, что SB-галактики так же многочисленны, как и SA-галактики, и поэтому представление об особых, каких-то исключительных причинах, вызвавших появление необычного излома спиральных ветвей, пришлось отклонить, как противоречащее наблюдениям. Большую роль в опровержении этой старой точки зрения сыграл «Атлас взаимодействующих галактик» проф. Б. А. Воронцова-Вельяминова. Изучение фотографий «Атласа» привело к выводу, что спиральные ветви галактик не истекают из ядра после его образования, а формируются одновременно с ядром, то есть возникают в процессе формирования всей галактики в целом.
Выяснилось, что галактики зарождаются в виде сгустков, образующихся в длинных и сравнительно узких жгутах вещества. В зависимости от окружающих условий одни галактики уже с самого своего зарождения принимают продолговатую форму, а другие — округлую. По мере формирования галактики постепенно втягивают в себя вещество первичного жгута и начинают вращаться. Вытянутые галактики формируются в тип SB, а круглые — в тип SA. Следовательно, спиральные ветви галактик не могут быть результатом истечения из ядра, а представляют собою остатки жгутов вещества, из которых формируются галактики. Поэтому оба вида спиральных галактик встречаются одинаково часто, и не имеет смысла один вид считать «нормальным», а другой — «особым».
Попутно разрешим еще одну загадку. Вполне очевидно, что вид одной и той же SA-галактики будет различен в зависимости от видимого расположения ее оси вращения. Если ось направлена прямо на нас, то галактика выглядит совершенно круглой, и хорошо видны ее спиральные ветви и центральное ядро (вид «плашмя»). Если же ось вращения галактики перпендикулярна к нашему лучу зрения, то галактика представляется нам в виде вытянутой полоски, более широкой в ее центральной части (где находится ее ядро) и постепенно сужающейся к обоим концам (вид «с ребра»). Кроме того, вдоль экватора галактики часто видна темная полоса материи. Такая галактика по своему виду похожа на эллиптическую, с той лишь разницей, что строение эллиптической галактики совершенно однородно, а у спиральной, видимой «с ребра», обычно имеются отдельные сгущения и разрежения во всех ее частях. Очевидно, что спиральных ветвей, которые служат отличительной особенностью всех SA-галактик, в этом случае не видно.
При иных расположениях оси вращения галактика будет выглядеть более или менее сжатой в зависимости от величины угла, образованного ее осью с лучом зрения наблюдателя.
Так как оси вращения различных галактик имеют самые разнообразные направления в пространстве, то только сравнительно небольшая часть галактик повернута к нам точно «ребром». Теория вероятности позволяет заранее подсчитать число галактик, видимых «с ребра». В начале 20-х годов XX века английский астроном Рейнольдс, а затем и другие ученые обнаружили из наблюдений, что галактик, видимых «с ребра», в несколько раз больше, чем следует из подсчетов по теории вероятности. Этот факт не может иметь случайных причин. Представьте себе, что мы гуляем в толпе народа по широкому полю и вдруг заметили, что большинство идущих в разных направлениях людей повернуты к нам боком, в профиль, либо, наоборот, спиной или лицом. Мы бы, наверное, заподозрили какую-нибудь причину, которая заставила людей обратить на нас свое внимание и либо смотреть на нас с любопытством, либо, наоборот, делать вид, что нас не замечают.
Чем же можно объяснить, что галактик, видимых «с ребра», очень много? Вспомним, что кроме спиральных галактик типа SA, видимых «с ребра», существуют галактики, имеющие веретенообразную форму эллипсоидов Якоби. Такие галактики всегда выглядят вытянутыми, как бы они ни были к нам повернуты. Лишь в очень редких случаях, когда к нам повернута большая ось эллипсоида, эти галактики кажутся сферическими. Так, может быть, чрезмерный избыток SA-галактик, видимых «с ребра», объясняется тем, что многие веретенообразные галактики мы ошибочно принимаем за спиральные SA-галактики? Остается детально изучить фотографии галактик и выяснить, не найдется ли среди них веретенообразных, которые по ошибке отнесены к SA-галактикам, видимым «с ребра».
Оказывается, что мы напали на верный след. Даже среди сравнительно небольшого числа ярких галактик попадаются такие, которые резко отличаются по своему виду от настоящих SA-галактик. На рис. 16 приведены две фотографии: верхняя — типичной SA-галактики, видимой «с ребра», и нижняя—предположительно веретенообразной галактики. Замечается резкое различие в их строении. У типичной SA-галактики отчетливо заметно ядро. Правда, следует оговориться, что размеры ядер SA-галактик зависят от их возраста и у старых галактик они могут быть небольшими и почти незаметными. Но это бывает лишь в редких случаях. Как правило, SA-галактики имеют ядра крупных размеров. Но зато два других признака существуют всегда: продольная полоса темной материи и очень тонкие края.
На нижней фотографии не заметно ни ядра, ни темной полосы, ни тонких краев. Более того, распределение яркости, а, следовательно, и звезд в галактике совершенно однородно и напоминает эллиптические галактики. Особенно много таких галактик имеется в «Атласе взаимодействующих галактик» Б. А. Воронцова-Вельяминова. Интересно, что веретенообразные галактики в этом атласе встречаются в группах, содержащих галактики других типов, среди которых никогда не встречаются SA-галактики, имеющие развитую форму. Галактики из «Атласа» Воронцова-Вельяминова совсем молодые, частично находящиеся в стадии зарождения. Они будут рассмотрены в следующей главе.
Что касается иррегулярных сил в галактиках, то пока нам приходится только признать их существование, поскольку их природа еще не раскрыта. Предположительно они могут быть объяснены наличием в галактиках больших сгустков материи, масса которых примерно в миллион раз больше массы одиночной звезды. Такие мощные сгустки в нашей Галактике имеются. Это, например, шаровые звездные скопления, состоящие из сотен тысяч и миллионов звезд (рис. 1). Но таких звездных скоплений слишком мало. В настоящее время их известно лишь немногим более сотни, а этого недостаточно, чтобы обеспечить сглаживание скоростей звезд во всей Галактике. Имеются, правда, звездные облака, состоящие из десятков миллионов звезд (рис. 2). Масса звездных облаков велика, но пока нам известно их всего лишь около десяти. Такого количества звездных облаков тоже совершенно недостаточно для выравнивания скоростей звезд в Галактике. Другими словами, наличие в Галактике известных нам шаровых звездных скоплений и звездных облаков не может пока объяснить природы иррегулярных сил. Окончательное решение этого вопроса — дело будущего.
