Печать

[фок Гюнце]

А еще бывает и такое

Полюбуйтесь фотографией:

Сверхгигантская эллиптическая галактика 2MASX J17222717+3207571 - центральная доминирующая галактика класса cD скопления галактик Abell 2261 вместе со своим окружением с расстояния в три миллиарда световых лет.

Собственно, фотография сделана в последний момент, так что советую полюбоваться напоследок  разнообразными окружающими гиганта галактиками кластера, пока еще есть время - им осталось жить недолго. Очень скоро, через считанные сотни миллионов, в лучшем случае, немногие  миллиарды лет, они будут захвачены центральной галактикой, которая превратится в ископаемый кластер.

Замечу, что колосс на фотографии является одной из наиболее своеобразных галактик - он имеет диаметр более миллиона световых лет, грандиозное ядро диаметром более десяти тысяч световых лет - и при этом никаких признаков наличия черной дыры в ядре не отмечено.

Судя по всему, налицо - механизм, который я упоминал: в незапамятные времена при слиянии черных дыр, оставшихся от родительских галактик, центральная черная дыра галактики получила такой импульс, что покинула ее и нынче бродит в межгалактическом пространстве.

[фок Гюнце]

О скоплениях галактик

Галактики, как правило, поодиночке не ходят. Встречаются они группами (кластерами или скоплениями). А если встречается одиночная галактика - скорее всего, она просто по какой-то причине сбежала (или была изгнана) из своего кластера.
Кластеры имеют трехмерную "объемную" форму, а галактики, входящие в кластер, гравитационно друг с другом связаны (их скорости относительно центра масс кластера являются меньшими скорости убегания; это означает, в частности, что расширение Вселенной не приводит к заметному "разбеганию" галактик кластера, которые останутся гравитационно связанными практически в любом правдоподобном сценарии развития мироздания).
Напомню, что кластеры объединяются в сверскопления (суперкластеры), а последние зачастую формируют гиперскопления. Сверхскопления и гиперскопления имеют форму, близкую к плоской (или даже нитевидной), являются остатками акустических колебаний в первичной плазме, возникшей после Большого взрыва, и гравитационно несвязаны - по мере расширения Вселенной кластеры "разбегаются" друг от друга.

Скопления галактик классифицируются несколькими способами.
Первый вариант - классификация по доминирующим галактикам скопления. В этом варианте выделяют три типа кластеров.
Скопление типа I - это скопление галактик, в котором есть доминирующая сверхгигантская эллиптическая (или линзовидная) галактика. Такая галактика имеет диаметр в миллионы световых лет и превосходит Млечный путь по массе на несколько порядков. Фактически, скопление типа I - это завершающий этап перед превращением в ископаемый кластер (см. http://forum.kamsha.ru/index.php?topic=1702.msg91661#msg91661. Там же приведена фотография развитого кластера типа I).
Скопление типа II содержит доминирующую галактику, но ее масса и яркость по отношению к массе и яркости кластера не столь значительны, и она не относится к числу сверхгигантских. Это - не столь глубоко проэволюционировавший кластер.
И, наконец, скопление типа III не содержит выдающихся доминирующих галактик, намного превосходящих остальные по размерам и яркости. Предполагается, что это - ранний этап эволюции скопления. К этому типу относится наша родная Местная группа галактик.
 
Замечу, что Местная группа - один из самых небольших кластеров, известных астрономии. Собственно, она состоит всего лишь из трех крупных галактик - двух гигантских спиральных галактик Млечный путь и М 31 (галактика Андромеды), гигантской спиральной галактики М33 (галактика Треугольника или Вертушка), уступающей нашей Галактике по размеру более, чем в два раза, а по массе - примерно на порядок, и карликовых галактик-спутников, располагающихся поблизости от перечисленных гигантов (их известно примерно под сотню, не считая двух-трех, которые уже находятся внутри поглотивших их гигантов.
Неподалеку есть и еще небольшие группы галактик, карликовые кластеры.
А причина того, что наша Местная группа столь невелика, проста и прозаична - мы находимся почти у самой границы своего сверхскопления, на отшибе, и расстояние от нас до ближайшего войда - всего лишь несколько миллионов световых лет. И это хорошо видно на карте нашего сверхсокпления, центром которого является кластер I типа - кластер Девы с доминирующей галактикой Дева А (http://forum.kamsha.ru/index.php?topic=1702.msg91648#msg91648):

Кроме классификации по доминирующим галактикам есть еще классификации скоплений по численности и форме.

По численности (строго говоря - по концентрации) скопления подразделяют на богатые (с высокой плотностью галактик) и бедные (с низкой плотностью, а соответственно - с небольшим количеством галактик).

По форме (морфологическая классификация) скопления подразделяют на правильные (имеющие близкую к сферической или хотя бы, эллипсоидальной) форму с более или менее заметной концентрацией плотности галактик к центру. Неправильные скопления этими свойствами не обладают (наше скопление, к примеру - классический пример неправильного, оно вообще состоит из нескольких разбросанных групп). Выделяют еще промежуточный вариант полуправильных скоплений.

Все варианты классификации скоплений обладают определенной взаимосвязью. Практически всегда правильные (регулярные) скопления являются богатыми скоплениями и в большинстве своем относятся к типу I. А неправильные скопления обычно относятся к типу III и чаще бывают бедными.
Причины нетрудно понять - с одной стороны, именно в богатом концентрированном скоплении высока вероятность мерджингов (слияний и/или поглощений галактик) а следовательно, формирования в центральной части сверхгигантской доминирующей галактики. С другой стороны, именно в таком, весьма тесном скоплении выше динамическое трение (о динамическом трении я рассказывал), а следовательно, опять же, гораздо меньше времени уходит на установление правильного распределения частиц (галактик) с их концентрацией к центру, формирование центральной доминирующей галактики и начало образования ископаемого кластера.

Еще одним интересным обстоятельством, причины которого, призадумавшись, можно понять, является то, что разные типы скоплений населены преимущественно разными типами галактик. И это относится не только к наличию в богатых правильных скоплениях I типа сверхгигантских эллиптических галактик типов D и cD. Если вспомнить, что в концентрированном (богатом) скоплении галактики взаимодействуют между собой намного чаще, чем в рассеянном и неплотном, понятно, что и не самых больших эллиптических галактик dE, E и gE, являющихся продуктами столкновения небольших спиральных и неправильных галактик, а также больших спиральных галактик, в таких скоплениях намного больше (собственно, существуют богатые скопления, на 80% состоящие из эллиптических галактик), в то время как в бедных скоплениях и вне их эллиптические галактики встречаются лишь в виде исключения. По той же причине в богатых скоплениях гораздо чаще, чем вне их, встречаются линзовидные галактики.

Еще одним видом населения, характерным для богатых скоплений, являются галактики низкой поверхностной яркости (т. н. LSBG). Причина этого тоже ясна - в древности высокая интенсивность взаимодействий с другими галактиками приводила к интенсивному зведообразованию, так что в наши времена в этих галактиках исчерпаны запасы свободного газа, звездообразование давно завершилось, и они населены старыми и достаточно тусклыми красными звездами. Кстати, интересно то, что LSBG часто встречаются также и в очень рассеянных скоплениях и вне их - причем по диаметрально противоположной причине - в них осталось много свободного газа, но отсутствие взаимодействий с другими галактиками привело к тому, что он остается в "спокойном" виде, не сжимаясь и не формируя новые звезды. Эти LSBG от LSBG скоплений отличаются существенно меньшей металличностью (содержанием всех элементов, кроме водорода и гелия - нпомню в очередной раз: в астрофизике все, что не водород и не гелий именуется, металлами), потому что звездообразование в их истории никогда не было интенсивным и их звезды относятся к более ранним поколениям.

А вот "классические" спиральные галактики - самый распространенный тип крупных галактик в современной Вселенной - в богатых скоплениях встречаются намного реже, чем вне их. С одной стороны, в этих скоплениях многие спиральные галактики вследствие многочисленных мерджингов давно эволюционировали в эллиптические, а с другой стороны, частые приливные взаимодействия существенно искажают форму галактик, так что сохранить в таких условиях классическую спиральную структуру им оказывается достаточно сложно. При этом, как несложно понять, в богатых скоплениях спиральные галактики рассредотачиваются по периферийным областям, где интенсивность взаимодействий и больших мерджингов ниже, а гигантские эллиптические и линзовидные галактики концентрируются в центральной части скоплений. Косвенно (но весьма убедительно) это доказывает, что именно эллиптические и линзовидные галактики ("ранние" типы по традиционной классификации) происходят от спиральных галактик ("поздних" типов), а не наоборот.
Некоторые иллюстрации расположения галактик различных типов в богатых скоплениях, иллюстрирующие сказанное:
Кластер А2056 сверскопления Северной Короны:

Кластер А3128 сверхскопления Часов:

Кластер Персея А426 сверхскопления Персея-Рыб:

Кластер А3558 сверхскопления Шепли:

Кластер Дева - центральный кластер нашего родного сверскопления:

Именно это различие между населениями тесных скоплений галактик и остального пространства приводит к тому, что в астрономии часто выделяются "галактики скопления" - высокометалличные (в них когда-то было интенсивное звездообразование!) галактики, характеризующиеся всем выше сказанным, локализованные в достаточно богатых скоплениях и отличающиеся тем, что их история сопровождалась многочисленными взаимодействиями с другими галактиками - и "галактики поля", обладающие меньшей металличностью, в значительном количестве относящиеся к спиральным, сохраняющие большие запасы свободного газа и, возможно, формировавшиеся дольше (и, соответственно, сформировавшиеся позже), чем галактики скопления.

Стоит еще раз подчеркнуть, что галактики поля отнюдь не появлялись в одиночестве вне скоплений - это галактики не столько одиночные, сколько просто находящиеся на периферии своего скопления и почти не взаимодействующие с его членами, причем иногда настолько, что при случайных воздействиях со стороны другого скопления (или скоплений) утратили со своим гравитационную связь.

[фок Гюнце]

Наши окрестности

Если вдруг кому-нибудь придет в голову мысль побродить по окрестностям (на самом деле я считаю это невозможным - но мало ли?) - ему понадобятся карты.
Вот я и подумал - пусть лежат, вдруг пригодятся. А если не пригодятся - то можно хотя бы на них посмотреть. Интересно и поучительно.

Ближайшие окрестности:

Чуть более дальние окрестности

Еще более дальние окрестности:

Общее количество звезд в объеме - около 260 тысяч.

И еще более дальние:

Видны самые яркие шаровые звездные скопления, формирующие корону Галактики.

Ближняя окрестность дальней окрестности (карта неполная, масштабы соблюдены):

Вам не кажется, что наши спутники находятся примерно в одной плоскости?

Местная группа (три гигантских галактики, несколько сотен карликовых, из них известны далеко не все):

Местное сверхскопление (каким бы его изобразил Птолемей, то есть, в геоцентрических координатах. На самом деле большая часть массы суперкластера приходится на скопление Девы (Virgo Cluster) - центр сверхскопления). Обратите внимание на обычную для суперкластеров уплощенную форму нашего сверхскопления. Они, сверскопления, напомню еще раз, плоские, потому что сформированы акустическими волнами, распространявшимися в первично плазме вскоре после рождения нашей Вселенной.
Суперкластер включает в себя две сотни групп и полсотни тысяч галактик, в том числе около двух с половиной тысяч гигантских:

Ближайшие сверхскопления (около ста сверхскоплений, четверть миллиона скоплений и групп галактик, пятьдесят-сто миллионов галактик, из нмх около трех миллионов гигантских. Около четверти квадриллиона звезд. Примерно 1/14 от радиуса наблюдаемой Вселенной по времени распространения.

Центральная часть карты:

Если нанести на карту звездного неба 60000 самых ярких галактик, эта карта будет выглядеть так:

Ну, и для справки.
Оценочное количество в наблюдаемой Вселенной (в сопутствующей системе отсчета:
- сверхскоплений и гиперскоплений галактик - пять миллионов;
- групп и скоплений галактик - 15 миллиардов;
- гигантских галактик разного типа - 350 миллиардов;
- всего галактик - 7 триллионов;
- звезд - тридцать секстиллионов (3x10²²).
Суммарная масса, рассредоточенная в этом объеме, примерно равна массе железного шара радиусом, равным расстоянию от Солнца до Сириуса.

[фок Гюнце]

Кстати, о карликовых галактиках

Я упоминал, что многие галактики-спутники Млечного пути, тем более, других гигантских галактик, остаются неизвестными. И часто встречаю вопрос, отчего они неизвестны и не открыты - казалось бы, в чем проблема посмотреть внимательно и пересчитать галактики-спутники, удаленные на несколько сотен тысяч, максимум, несколько миллионов световых лет, если астрономия почти ежедневно рапортует об изучении галактик, находящихся на расстояниях, в тысячи раз больших - удаленных на многие миллиарды световых лет.

А вот почему.
Посмотрите на это позорище:

Это - галактика. Самая маленькая известная галактика, старая (более двенадцати миллиардов лет) карликовая сферическая галактика (класс dSph) Willman 1, удаленная от нас всего на 120 тысяч световых лет спутник Млечного пути.
Диаметр галактики - восемьдесят световых лет. Полная масса - четыреста тысяч солнечных. При этом видимая материя составляет примерно восьмисотую часть ее полной массы. Соответственно, светимость галактики - около тысячи солнечных, раз в сто с лишним меньше, чем у Ригеля, в пятнадцать раз меньше, чем у Канопуса.
Вот и попробуйте ее найти...

И, замечу, это - еще не самая тусклая из окружающих галактик. Есть еще Segue 1 - ее светимость еще в три раза ниже. Любуйтесь...

Ага. Тоже галактика. Еще и побольше Willman 1 - 580 тысяч солнечных масс. И масса темной материи в ней превосходит массу барионной примерно в три тысячи раз.

А есть среди наших спутников и другие такие же - вот их портреты:

Правая, Virgo I, еще один крошечный спутник нашей Галактики, удаленная от нас на 280 тысяч световых лет, соревнуется с  Segue 1 за звание самой тусклой из известных галактик. По некоторым оценкам (а оценить трудно: опробуйте на этой фотографии разобраться, где она начинается, а где заканчивается, а также какие звезды в нее входят, а какие - не входят и относятся к короне Млечного пути) у нее это получается. Самые крайние оценки дают светимость этой галактики, превосходящую солнечную всего в двести раз.
При все этом галактика не столь уж мала: диаметр около 125 световых лет.
А вот рассказ о том, откуда и почему они, такие тусклые, взялись, долог и сложен и требует отдельного длинного поста.

[фок Гюнце]

Рассказ о том, почему одни галактики большие, а другие - маленькие. А некоторые - очень маленькие.

Я как-то упоминал, что скорость, с которой формировались крупные галактики, как правило, была выше, чем скорость, с которой формировались современные галактики малого размера.
Результат оказывается простым - вначале в близком к современному виду сформировались гигантские галактики - а уж потом продолжали формирование маленькие. И, к примеру, Млечный путь, а уж тем более, недавно упомянутая сверхгигантская эллиптическая галактика Дева А - ближайший к нам (60 миллионов световых лет) большой эллиптикал, которая превосходит по массе нашу Галактику более, чем на порядок - пребывают в близком к современному состоянии куда дольше, чем какие-нибудь Магеллановы облака (которые, кстати, все еще продолжают активно изменяться).

Этот эффект именуется даунсайзингом (downsizing).

К счастью этот термин, в отличие от несчастной страпельки (strangelet), на русский язык не переводили - но мне очень интересно, что бы было, если бы его перевести попробовали (страпелька - русскоязычное название гипотетических макроскопических объектов, обладающих ненулевым значением странности (квантового числа, присущего s-кваркам). По аналогии с этим термином Ваш покорный слуга для аналогичных объектов, имеющих нескомпенсированное квантовое число, присущее c, b или t-кваркам (соответственно, очарование, красота и правдивость) предлагал термины очаровапелька, красивопелька и правдивопелька).

Вопрос о причинах даунсайзинга тесно связан с вопросом о том, отчего одни галактики - большие, а другие - маленькие.
Понятно, что гигантские галактики образованы слияниями и поглощениями карликовых - но разницы в массах между крупнейшими и наименьшими из известных галактик, которая может составлять четыре, пять, а то и семь порядков, это никак не объясняет. Для того, чтобы слияния галактик (большой мерджинг) и поглощение более крупными из них мелких (малый мерджинг) привело к наблюдаемым различиям масс, нужно заметное неравенство начальных условий для галактик - проще говоря, уже вскоре после появления на свет первых галактик одни из них должны были быть заметно более массивными, чем другие. А это в свою очередь означает, что в процессе формирования первых галактик должен был действовать механизм их дифференциации по массе, который позволял бы расти более крупным галактикам и тормозил рост мелких. Такой механизм был образно назван "эффектом Матфея" в соответствии с евангельской притчей, согласно которой "имущему дастся и приумножится, а у неимущего отнимется и то, что имеет" (Матф. 25:29).
Оказалось, такой эффект в ранней Вселенной действительно имел место, и связан он был с реионизацией, о которой я тоже рассказывал - начавшимся примерно через 150 миллионов после рождения Вселенной и закончившимся на втором миллиарде лет ее существования процессом вторичной ионизации (реионизации) водорода излучением первых звезд (типа населения III, не доживших до нашего времени), новорожденных квазаров и галактик. В те времена Вселенная была гораздо плотнее, свободного газа - гораздо больше, процессы рождения звезд и формирования галактик - куда более бурными, чем в более поздние времена, что и привело к реионизации - столь важному процессу, что его выделяют в отдельную эру в жизни нашего мира.

Итак, после возникновения первых звезд (звезд первого поколения, третьего типа населения), которые, напомню, были яркими гигантами, их излучение начало ионизировать ранее нейтральный водород, наполнявший Вселенную. В результате излучение звезд первого поколения начало "выдувать" водород из районов звездообразования, тормозя процесс формирования новых звезд и рост галактик. Те из формирующихся галактик, которые случайно оказывались ненамного более массивными, чем их соседи, могли сохранить за счет своего притяжения немного больше газа - и постепенно продолжать рост. А те, которые были ненамного меньше (или начали образовываться чуть позже), обладали более слабым притяжением, теряли газ быстрее - и, соответственно, росли медленнее. В результате незначительные различия в исходной массе в ходе первичного звездообразования и реионизации заметно увеличивались. А дальше, чем более крупной оказывалась галактика, тем быстрее она росла.
Процесс дифференциации еще ускорился после формирования первых квазаров, ультрафиолетовое излучение которых резко увеличило реионизацию водорода и привело к ионизации ранее нейтрального гелия. В результате звездообразование в небольших галактиках почти совсем прекратилось - а те галактики, которые в начальном периоде реионизации успели набрать массу, продолжали расти, потому что их гравитация уже позволяла не только сохранить собственный газ, но и захватывать межгалактический, несмотря на его нагрев и ионизацию.
Таким образом, в течение эры реоинизации рост галактик напрямую зависел от их массы, в результате чего небольшие начальные различия в звездных (точнее, барионных) массах первичных протогалактик могли вырасти на два-три порядка, или же незначительная разница в начальном периоде образования могла привести к столь существенной разнице в массе образовавшихся галактик. И поэтому в мире очень мало галактик "промежуточных" (между карликовыми и гигантскими) масс.
Их всего этого вытекает интересное следствие. Коль скоро древние карликовые галактики - это галактики, которым "не повезло", и они то ли в результате изначально меньшей массы, то ли в результате чуть более позднего начала роста не смогли удержать в достаточном количестве газ - следовательно, по логике вещей, газ и сформированные из него звезды должны составлять небольшую, меньшую, чем у массивных галактик, долю их массы, а темная материя должна играть в балансе их массы большую роль, чем у гигантских галактик.
И что интересно - этот факт был известен ранее. Действительно, древние карликовые галактики состоят практически только из темной материи, а некоторые, про которые я писал, вообще не содержат звезд в достаточно заметном количестве. Еще недавно убедительных объяснений этого феномена не было.

Именно эффект Матфея, связанный с реионизацией, является основной причиной даунсайзинга и наблюдаемого различия масс галактик.

Существует еще одна причина даунсайзинга. Она связана с известным фактом - большие эллиптические галактики в течение большей части жизни Вселенной появлялись практически в том же темпе, в каком она расширялась, то есть, в темпе падения ее плотности.
Задумаемся. В древнейшие времена расстояния между галактиками были намного меньшими, места во Вселенной было мало, и более тесные скопления галактик чрезвычайно быстро, порой за две-три сотни миллионов лет успевали слиться в одну сверхгигантскую галактику. А в более поздние времена происходили менее бурные слияния меньших и более "рыхлых" скоплений, оставлявшие после себя более молодые и менее крупные эллиптические галактики. Так что становится понятным - даже этой причины хватило бы на то, чтобы самые большие галактики образовывались в древнейшие времена, а меньшие по размерам - позже.
Вообще, о том, насколько за последние времена упала интенсивность взаимодействия галактик, позволяют судить следующие статистические данные: шесть миллиардов лет назад доля галактик, морфология которых была грубо искажена процессами взаимодействия с соседями, превышала современную примерно в пять-шесть раз, и такие галактики составляли около трети всех галактик Вселенной.
В целом, считается, что темп мерджингов и взаимодействий галактик со временем падает примерно обратно пропорционально третьей-четвертой степени красного смещения (точнее, пропорционально (1+z)^(3...4)). Если пересчитать красное смещение в расстояния, можно увидеть, что, к примеру, пять миллиардов лет назад галактики взаимодействовали примерно в четыре-пять раз чаще, чем сейчас, восемь миллиардов лет назад - раз в пятнадцать-двадцать, а одиннадцать миллиардов лет назад (поздняя эпоха формирования сверхгигантских эллиптических галактик) - так уже на два порядка чаще. (Кстати, соответственно, и темп звездообразования во Вселенной был максимальным одиннадцать миллиардов лет назад, превосходя нынешний в полсотни с лишним раз). Ну, а двенадцать миллиардов лет назад частота взаимодействия галактик и вообще превосходила нынешнюю во много сотен раз... Так что удивляться нечему - нынешние большие мерджинги типа грядущего слияния Млечного пути с галактикой Андромеды - это уже редкие реликты бурных процессов былого.
(И примечание - Вы же понимаете, что процессы слияния галактик и формирования их структур определяются, первую очередь, темной материей, а вовсе не теми компонентами галактик, которые мы можем наблюдать (барионной материей)!).

А в дополнение к сказанному стоит сказать, что есть еще один механизм, который не только участвовал в дифференциации массы, но и во многом определял начальную неоднородность масс галактик - он связан с крупномасштабной неоднородностью Вселенной.
К тому моменту, когда галактики только начинали формироваться, распределение масс темной материи (а вслед за ней - и барионного вещества) уже было заметно неоднородным (я это упоминал: в первые 380 тысяч лет существования Вселенной сжатию барионной материи препятствовало излучение - а темной материи ничто не мешало сжиматься).
При этом следует иметь в виду, что в ранние времена галактики росли вовсе не так, как сейчас. В последнее время (в смысле, в последние десять-двенадцать миллиардов лет) основным источником роста массы галактик является мерджинг - слияние и поглощение галактик. А вот в течение первых сотен миллионов лет существования Вселенной галактики росли преимущественно за счет аккреции свободного вещества, оставшегося от Большого взрыва (даже несмотря на то, что Вселенная тогда была намного меньше, и сталкиваться юным галактикам было куда легче, о чем сказано выше). И вот тут галактики, росшие на тучных пажитях, сиречь, в местах большего сгущения материи (на фронте акустических волн, которые формировали крупномасштабную структуру Вселенной, в первую очередь - в центральных областях будущих сверхскоплений и гиперскоплений), оказывались в более выгодном положении - они могли захватить больше вещества.
Моделирование и наблюдения показывают, что в течение первого миллиарда лет существования Вселенной темп роста галактик за счет аккреции окружающего вещества существенно, от 3 до 15 раз, превышал темп их роста за счет мерджингов, причем первое число относится к основной области будущих сверхскоплений, а второе - к наибольшим сгущениям в их центральной части.
Получается, что удачно расположенные протогалактики до начала реионизации могли расти раза в четыре быстрее, чем прочие, и к началу реионизации оказываться в выгодном положении - становиться достаточно крупными, чтобы, при подавленном росте окружающих галактик сохранять возможность расти.
Кстати, заодно становится понятным механизм, благодаря которому крупнейшие галактики располагаются в центральных областях сверхскоплений и гиперскоплений - там, где плотность как темной, так и видимой материи уже в весьма ранние времена была максимальной.

Так что казалось бы парадоксальный феномен даунсайзинга имеет достаточно простое и логичное объяснение.

Но эффект Матфея объясняет лишь дифференциацию по массе гигантских и карликовых галактик. Существует и еще один эффект, тоже связанный с реионизацией, и приводящий к резкой дифференциации масс уже самих карликовых галактик.
Моделирование роста и развития малых галактик темных веков (периода от рекомбинации до начала реионизации, то есть, от 380 тысяч до 150 миллионов лет от рождения Вселенной) и эпохи реионизации показывает интересные вещи.

Характеристикой реионизации для любого момента времени является то критическое значение массы галактики, ниже которого ее рост оказывается эффективно подавленным. Ясно, что это значение эволюционировало со временем - по мере роста интенсивности реионизации с одной стороны (когда газ все сильнее ионизировался) и по мере расширения Вселенной (при которой плотность газа, распределенного в ней, падала). И результат моделирования оказался весьма однозначным - в таких условиях даже если карликовые протогалактики (точнее, облака темной материи, вокруг которых группировался газ, который в будущем должен был составить барионную материю галактики) распределялись по массе равномерно, сохранить непрерывный спектр масс после реионизации они не могли - те, которые к началу реионизации имели массу, чуть меньшую некоторой критической, выходили из нее практически без газа и звезд, представляя собой темные карликовые галактики с очень большим содержанием темной материи. А те, масса которых оказывалась чуть больше критической, после реионизации оказывались все равно карликовыми (до того, чтобы стать гигантами, они так и не доросли), но с существенно большим содержанием звезд и иной барионной материи и гораздо большей яркостью.

То есть, моделирование предсказало, что распределение карликовых галактик по яркости должно быть не непрерывным, а бимодальным: среди них должны резко выделяться две группы - очень слабых тусклых галактик с большим содержанием темной материи (это - древнейшие галактики, фактически сформировавшиеся в первые 150 - 200 миллионов лет Вселенной, а то и раньше; эпоха реионизации навсегда прервала их рост) и гораздо более ярких карликовых галактик с заметно большим, чем у первой группы, количеством звезд (звездное население этих галактик формировалось уже позже из того материала, который они сумели набрать в эпоху реионизации). А между этим группами должен быть "провал" - галактик с яркостью, промежуточной между ними, быть практически не должно.

И вот тут становится ясным ответ на давно интриговавшую загадку: все известные карликовые галактики - спутники Млечного пути и галактик Андромеды и Треугольника, то есть, находящиеся в нашей Местной группе (а более дальние карликовые галактики наименьших размеров практически ненаблюдаемы) четко делятся на две группы - очень маленькие и тусклые (типа приведенных  предыдущем посте) и "просто карлики", многократно превосходящие первую группу по массе (и полной, и барионной, то есть, массе видимой материи) и в сотни и тысячи раз - по яркости. Так что теоретически обнаруженная, точнее, объясненная бимодальность на практике была хорошо известна: есть спутники яркостью в сотни или тысячи солнечных, есть - в сотни тысяч и миллионы солнечных - а переходных вариантов нет.

И теперь стоит помнить, что крошечные Willman 1, Segue 1 или Virgo I из предыдущего поста - это одни из древнейших галактик нашего мира, образовавшиеся, в сущности, тогда, когда Вселенная не разменяла второй сотни миллионов лет.
 

[фок Гюнце]

Кое-что об LMC и SMC

Это - крупнейший спутник нашей Галактики, Большое Магелланово облако (LMC)

Это - его сосед, Малое Магелланово облако, SMC.

Большое Магелланово облако удалено от Млечного пути на 163 тысячи световых лет, уступает нашей Галактике по массе примерно в тридцать раз и имеет диаметр около двадцати тысяч световых лет.
Малое Магелланово облако находится на тридцать тысяч световых лет дальше, имеет диаметр, в полтора раза меньший и массу, меньшую примерно в четыре раза.

Многолетнее представление о том, что Большое Магелланово Облако является неправильной галактикой, неверно - в нем заметны спиральная структура и бар. А иногда наличие остатков спиральной структуры подозревают и в Малом Магеллановом облаке.
LMC и SMC активно взаимодействуют с Млечным путем - наша Галактика своим притяжением подворовывает у них водород. Водород этот - их коллективный: обе галактики-спутника погружены в общую газовую оболочку, часть которой Млечный путь постепенно вытягивает своим притяжением.
LMC и SMC еще более активно взаимодействуют друг с другом. Они связаны друг с другом низкометалличным газовым потоком (т.н. Магеллановым мостом), настолько плотным, что в нем даже образуются звезды (правда, в небольшом количестве). А еще LMC таскает у SMC газ и звезды (подсчитано, что примерно 5% звезд Большого Магелланова Облака изначально образовались в Малом).

Ранее считалось, что обе галактики являются исконными спутниками Млечного пути. Но в последнее время изучение истории их звездообразования, морфологии и динамики заставило заподозрить бурную историю Магеллановых облаков. Есть гипотеза о том, что, по крайней мере, LMC, а скорее всего, обе галактики, родились не здесь и появились в наших окрестностях недавно, всего лишь около двух с половиной миллиардов лет назад. Ранее же они были выброшены (ну, или если так угодно, сбежали) из другого скопления галактик в результате гравитационного взаимодействия, сопровождавшегося мощной вспышкой звездообразования и практической утратой исходной структуры (вместе с изрядной долей первоначального вещества).
Кроме этого, похоже, что изначально Магеллановы облака вовсе не были столь близки - взаимодействовать они начали недавно, причем всего лишь 130 миллионов лет назад обе галактики практически столкнулись друг с другом (возможно, это и было первой их встречей).

Ну, и несколько любопытных подробносте.

1. Обратите внимание на фотографии на нижнюю, "отрывающуюся" часть Малого Магелланова облака.
Это - так называемое "крыло" SMC.
Недавнее изучение поля скоростей звезд в крыле показало, что кинематически оно отделено от остальной галактики - то есть, звезды в нем удаляются от остальной галактики в сторону LMC со скоростью, большей скорости убегания, если точнее - в среднем, со скоростью 64±10 км/с.
Это - следствие былого столкновения с Большим Магеллановым облаком.
В целом же, изучение поля скоростей звезд в SMC позволило уточнить время столкновение галактик - 147±33 миллионов лет назад. Заодно оценили характер столкновения - разумеется, столкновением как таковым это назвать сложно, ибо галактики, собственно, друг сквозь друга не пролетали, а просто разошлись на расстоянии, оценочно, 7,5±2,5 тысячи световых лет.

2. И еще одно подтверждение тому, что Магеллановы облака пришли к нам издалека.
У одного из них, скорее всего, у LMC, был когда-то спутник - тусклая карликовая галактика c высоким содержанием темной материи (и это понятно - вспомним недавний пост: это как раз та самая древнейшая очень тусклая галактика, которая потеряла значительную часть барионной материи при реонизации да так и не смогла восполнить потерянное). Древность галактики демонстрирует ее очень низкая металличность - [Fe/H]=-2,5. Размер очень невелик: диаметр галактики - 163 световых года.
Теперь наша Галактика ее конфисковала; нынче это - недавно открытый спутник Млечного пути Hydrus 1. Расстояние от нас - 90 тысяч световых лет, от бывшего хозяина - 78 тысяч.
Кое-что об истории произошедшего говорит история звездообразования в галактике: последняя вспышка звездообразования в ней началась примерно миллиард лет назад. Видимо именно тогда и началось взаимодействие, в процессе которого мы отобрали ее у LMC.
Полюбуйтесь неправедно нажитым добром:

3. И еще немного о бурной истории жизни - Большого Магелланова облака.
Анализ движения шаровых скоплений в LMC показал, что они четко подразделяются на две группы: одна принадлежит диску и вполне выраженно обращается приблизительно в одной плоскости вокруг центра галактики, вторая, с хаотическими скоростями - сферическому гало галактики. То есть, состав LMC в этом отношении соответствует классической спиральной галактике. При этом значительных отличий в возрасте обоих семейств не отмечено - видимо, диск и корона древней небольшой спиральной галактики, предка LMC, некогда образовались практически одновременно.
При этом возрастом Большое Магелланово облако как минимум, не уступает нашей Галактике. Выяснилось, что шаровое звездное скопление NGC1466 в LMC имеет возраст не менее 13,1 миллиарда лет. Собственно, старше практически любого структурного элемента нашей Галактики. Получается, что динамические процессы эволюции уже происходили в протогалактике, будущем LMC, не позднее чем спустя семьсот миллионов лет после Большого взрыва.

[Colombo]

   Редактор вздохнул.
   - Ну Вы же понимаете... не все наши читатели - профессиональные астрономы, как Стекля... тое колено ноет! (для убедительности трет колено) Нет, не все. Им нужно добавить что-то понятное, например - почему они, собственно, Магеллановы? Их назвали в честь того самого Магеллана? А кто и за что?

И снова Википедия. И Антонио Пигафетта, один из интереснейших людей Великолепного XVI века. 

Магеллановы облака были знакомы народам Африки и Южной Америки с древности (на территории Чили была обнаружена первая наскальная зарисовка Облаков), а в Передней Азии их обнаружили в первом тысячелетии нашей эры. Ибн Кутайба описывал их в IX веке, а Ас-Суфи — в X веке.

В Европе, в силу её местонахождения, Магеллановы облака были открыты позже. Они были знакомы мореходам южного полушария, и в XV веке их называли «Капскими облаками». Фернан Магеллан использовал их для навигации, как альтернативу Полярной звезде, во время своего кругосветного путешествия в 1519—1521 годах. Когда после гибели Магеллана его корабль вернулся в Европу, Антонио Пигафетта (спутник Магеллана и официальный летописец путешествия) предложил назвать Капские Облака Облаками Магеллана в качестве своеобразного увековечения его памяти.

[фок Гюнце]

Ну, это уже не космос, а исторические изыскания какие-то...
Кто назвал, когда назвал, почему назвал... Вот я, скажем, роль Пигафетты в деле о Магеллановых облаках не знал (или забыл напрочь). Лучше бы Пигафетта с ибн Кутайбой описали, откуда они к нам прилетели. А еще лучше - чтобы какой-нибудь приличный аллозавр описал их положение и морфологию на конец юры - цены бы ему не было. А как он бы их при этом обозвал - дело десятое.

[фок Гюнце]

Я как-то упомянул, что недалеко от Местной группы есть еще небольшие скопления галактик. И захотелось мне рассказать про ближайшее - группу Маффеи.

Начну с того, что в астрономии есть такое понятие - зона избегания: это область неба (более 20%), закрытая от наблюдения диском Млечного пути. Наблюдения внегалактических объектов, находящихся в зоне избегания, затруднены (подчас, весьма), а иногда, и невозможны.

Все мы знаем, что наша Галактика относится к Местной группе галактик, формируемой тремя большими галактиками (Млечный путь, галактика Андромеды и галактика Треугольника) и их спутниками.
И именно в зоне избегания находится ближайшая к Местной группа галактик - группа Маффеи, которая в результате того, что она закрыта от наблюдений диском нашей Галактики, была открыта и описана лишь в конце XX века (первый ее член - галактика Маффеи 1 - был обнаружен лишь в 1968 году).

Группа Маффеи преимущественно сформирована вокруг двух крупных галактик - Маффеи 1 и IC 342 - и насчитывает около двадцати известных членов (всего в ней может быть около пятидесяти галактик).
Маффеи 1 - это относительно небольшая (сравнительно с другими!) гигантская эллиптическая галактика класса Е3
диаметром несколько меньше Млечного пути, а массой - заметно больше. Как и положено галактике этого типа, состоит она преимущественно из старых, возрастом около 10 миллиардов лет, звезд и содержит более тысячи шаровых звездных скоплений (а также небольшое неактивное и весьма интригующее голубое ядро с активным звездообразованием).
Галактика расположена очень неудачно - практически в плоскости симметрии диска Млечного пути - и ее видимая яркость в результате снижена примерно на два порядка. Если бы не это обстоятельство, она была бы хорошо видна невооруженным глазом.
Расстояние до нее - всего 9,3 миллиона световых лет, но при этом точные измерения показывают, что она гравитационно не связана с Местной группой (то есть, участвует в общем расширении Вселенной, и гравитационное взаимодействие между Местной группой и группой Маффеи недостаточно для того, чтобы воспрепятствовать их разбеганию).
Маффеи 1 имеет семь известных спутников, среди которых есть несколько интересных:
Маффеи 2 - небольшая спиральная галактика с баром, расстояние до которой составляет 9,8 миллиона световых лет
Dwingeloo 1 - достаточно крупная спиральная галактика размером с галактику Треугольника, удаленная на 10 миллионов световых лет. Сама имеет спутники, в том числе, неправильную галактику Dwingeloo 2, уступающую ей по массе раз в пять, а также весьма плотную старую карликовую сферическую галактику МВ3. В результате гравитационного взаимодействия Dwingeloo 1 изуродовала когда-то спиральную (скорее всего) форму Dwingeloo 2, а сама обзавелась полутора десятками активных областей звездообразования.

IC 342 - удаленная на 11 миллионов световых лет спиральная галактика, размером, промежуточным между нашей Галактикой и галактикой Треугольника. Имеет десяток небольших спутников, среди которых - известная неправильная галактика NGC 1569. Эта небольшая (меньше Малого Магелланова облака) галактика имеет две независимых очень больших области мощного звездообразования (звездных суперкластера), занимающих большую часть галактики, так что темп образования звезд в ней в сотню раз превосходит темп звездообразования нашей Галактики, превосходящей ее размерами более, чем на три порядка. Фактически, прямо на наших глазах в маленькой галактике происходит редчайшее для нынешних времен (и обычное каких-нибудь десять-двенадцать миллиардов лет назад) явление - формирование больших шаровых звездных скоплений, причем, сразу двух. Длится это процесс не более ста миллионов лет, и через несколько десятков миллионов лет прекратится - газ закончится, и звездам образовываться будет не из чего.
Что спровоцировало вспышку звездообразования в NGC 1569 - не совсем понятно и сейчас активно изучается.

[фок Гюнце]

Кстати, вот она, NGC 1569.

На этой инфракрасной фотографии хорошо видно, что в маленькой бесформенной галактике вовсю кипит звездообразование, очаги разогретого газа вскипают пузырями, раздуваемые взрывами сверхновых, полно горячих молодых и массивных звезд, чей век недолог.
А если присмотреться повнимательнее, галактика выглядит интересно. Можно заметить, что галактика содержит два очень больших звездных скопления (так называемых звездных суперкластера) и вся активность сосредоточена преимущественно в одном из них, в том, что ближе к периферии. В нем есть и старые красные звезды, и молодые сверхгиганты и гипергиганты, и, судя по характеристикам остатков сверхновых и существующих там звезд Вольфа-Райе (помните классификацию звезд? Массивная звезда, сбросившая внешнюю оболочку и потому очень горячая. Как и любые массивные звезды, звезды Вольфа-Райе живут недолго)  вспышка звездообразования началась в нем не более пяти миллионов лет назад.
Второй суперкластер, расположенный ближе к центру, содержит много красных гигантов и свергигантов и, похоже, переживал активное звездообразование десятки миллионов лет назад.

А еще в этой галактике можно найти относительно молодые шаровые звездные скопления вполне канонического вида, в которых никакого звездообразования не происходит.
В общем, изучение галактики подтверждает интересный вывод, который является достаточно общим для карликовых галактик - в объектах такого типа звездообразование происходит не постоянно, а короткими, длящимися несколько миллионов лет вспышками, после которых активность галактики надолго затихает - до следующей вспышки звездообразования.

[фок Гюнце]

Ну, и раз уж упомянул - рассказ о звездных суперкластерах.

Для начала - фотография.  Фотография крупнейшего известного (по крайней мере, в Местной группе галактик) и очень компактного рассеянного звездного скопления Wd1 (Вестерлунд 1), расположенного в нашей Галактике на расстоянии около десяти тысяч световых лет от нас.

Очень молодое, не более четырех миллионов лет, скопление населено многими экзотическими обитателями - там есть четыре редчайших желтых гипергиганта (это - очень кратковременная стадия жизни и без того экзотических звезд-гипергигантов), 24 звезды Вольфа-Райе, уникальный отставший голубой гипергигант (образованный парой слившихся буквально считанные тысячи лет назад сверхгигантами) и собственный магнетар CXOU J164710.2-455216.
Магнетар образовался при взрыве гипергиганта массой в 40 солнечных, которая не сколлапсировала в черную дыру только благодаря очень высокой скорости вращения (зато при этом она устроила длинный гамма-всплеск - спасибо, что не в нашу сторону, а то ни писать, ни читать этот пост было бы некому). Раскрутила звезду до такой скорости аккреция вещества с поверхности звезды компаньона - до взрыва звезда входила в звездную пару.
После взрыва пара развалилась, звезду-компаньон выбросило из системы, так что сейчас она удалилась достаточно далеко - и теперь на фотографии она обозначена Wd1-5. Посмотрите на фотографию по ссылке - там помечены и звезда-компаньон, и магнетар. Обратите внимание на расстояние компаньона от магнетара, с которым при его жизни они прожили душа в душу более трех миллионов лет.

Такие большие и компактные области звездообразования именуются звездными сверхскоплениями или суперкластерами.
Их известны единицы - так, в Млечном пути есть лишь одно, а еще одно вблизи от нас - это знаменитый суперкластер R136 в эмиссионной туманности - области активного звездообразования NGC 2070 Тарантул в Большом Магеллановом облаке.
Вот она, NGC 2070:

Яркий центр - это и есть область R136.
Кстати, в ней прячется крупнейшая известная человечеству звезда R136а1 массой в 256 солнечных.

И при этом напомню: в маленькой галактике NGC 1569 есть целых два таких суперкластера, причем разного возраста, столько же, сколько во всей нашей Местной группе, и они составляют большую часть массы галактики.

[фок Гюнце]

Хм... О сверхскоплениях звезд я рассказывал - а о скоплениях звезд не рассказал.
Исправляюсь.

Звездные скопления

Под звездными скоплениями (star clusters) подразумевается две совершенно разнородные группы объектов - рассеянные звездные скопления (open clusters) и шаровые звездные скопления (globular clusters).

Рассеянное скопление - это потомок большого (массой от тысяч и десятков тысяч до, ориентировочно, миллиона солнечных масс) сгущения межзвездного газа - гигантского молекулярного облака - которое в какой-то момент времени начало под действием собственной гравитации и, возможно, внешних воздействий, сжиматься и коллапсировать на фрагменты, сформировав область звездообразования. Такие области звездообразования хорошо видны на инфракрасных фотографиях галактик в виде ярких бусинок, как правило, обрамляющих рукава спиральных галактик (именно там по большей части такие облака сжимаются и коллапсируют).

Вот они, пурпурные бусинки.

А поближе область активного звездообразования выглядит очень эффектно - в предыдущей теме, вот тут: http://forum.kamsha.ru/index.php?topic=101.msg77151#msg77151 есть рассказ про одну такую - эмиссионную туманность, Большую туманность Киля. С иллюстрациями.

После того, как часть материала облака из сжимающихся фрагментов сформировала звезды, большая часть разлетается по пространству, рассеянная лучевым давлением вновь сформировавшихся звезд, а также, возможно, взрывами сверхновых от тех из звезд, которые уродились большими и успели проэволюционировать и взорваться, пока процессы сжатия облака и звездообразования продолжаются (и обратите внимание - кпд использования материала при этом - не выше, чем у паровоза: подчас на звездообразование используется менее десяти процентов исходного газа, остальное рассеивается). А от бывшего облака остается группа звезд суммарной массой от нескольких сотен или тысяч до нескольких десятков (очень редко - немногих сотен) тысяч солнечных масс, связанных общностью происхождения, времени рождения и химического состава - рассеянное скопление. При этом группа получается относительно рыхлой, то есть, гравитационно несвязанной, так что благодаря собственным движениям ее членов и внешнему воздействию она постепенно "размывается" - и через несколько десятков миллионов лет входящие в нее звезды разбредаются по пространству, теряясь среди звезд иного происхождения. А через несколько сотен миллионов лет узнать членов бывшего рассеянного скопления можно только по равному возрасту и примерно одинаковой металличности.
Вот, к примеру, небольшое рассеянное звездное скопление:

Узнали? Это Плеяды.
Этот небольшой кластер удален примерно на 440 световых лет и представляет собой группу молодых (около 110 миллионов лет) звезд. Диаметр скопления составляет около 12 световых лет, оно включает более тысячи звезд, которые примерно через четверть миллиарда лет окончательно разлетятся в стороны, утратив гравитационную связь.
Примерно четверть звезд Плеяд - коричневые карлики массой менее 0,0767 массы Солнца, что недостаточно для экзотермической термоядерной реакции (ядерные реакции в них, как я рассказывал, происходят, но тепловыделение при них не компенсирует естественного остывания карлика). Таким образом, состав Плеяд позволяет оценивать реальное количество таких образований среди звезд. Кстати, суммарная масса коричневых карликов - менее двух процентов массы скопления.
Замечу забавное обстоятельство: по неизвестным (мне) причинам Плеяды издавна ассоциируются с семеркой - разные народы именовали их "Семь сестер" или еще семь кого-нибудь или чего-нибудь. Некоторые часто утверждают, что эта самая семерка возникает в связи с количеством отчетливо видимых в скоплении и достаточно ярких звезд. Может быть, конечно, и так - но еще со времен греков к таковым в Плеядах относятся Альциона (Алкиона), Атлас (Атлант), Электра, Майя, Меропа, Тайгета, Плейона, Целено (Келайно) и Астеропа. При этом сами греки настаивали на том, что Пляды - это семь нимф. 

В противоположность рассеянному скоплению, шаровое скопление - это плотная (плотность расположения звезд может превосходить плотность расположения звезд в наших окрестностях на три порядка. А может - и на пять. А то и на шесть. Представляете красоту звездного неба в тех краях?), гравитационно связанная и имеющая благодаря этому примерно сферическую форму большая (десятки и сотни тысяч, иногда, более миллиона солнечных масс) группа звезд, являющаяся устойчивой (благодаря гравитационной связи) в течение миллиардов лет. Как правило, шаровые скопления очень стары, возраст их может превосходить возраст галактики, в которой они обитают, и, соответственно, состоят из старых низкометалличных тусклых красных звезд (большие по размеру звезды в них давно умерли). Хотя изредка бывают исключения - более молодые и даже относительно недавно сформированные шаровые скопления.
В Млечном пути, как и в других аналогичных галактиках, шаровые скопления располагаются независимо от диска, входя в состав сферической компоненты галактики (а рассеянные скопления, разумеется, образуются в диске).
Выглядят они в большом разрешении красиво:

От карликовой галактики отличить шаровое скопление очень просто (теоретически) - нужно только измерить скорости составляющих скопление звезд и их орбитальные компоненты и рассчитать, определяются ли они только гравитационным взаимодействием с остальными звездами скопления. Если да (то есть, если полная масса скопления равна сумме масс его звезд), то это - шаровое звездное скопление. Если же совсем нет (то есть, полная масса скопления заметно выше массы составляющих его звезд), то по определению, это - галактика. Дело это, в принципе, нехитрое, but the process is tedious (c).
Замечу также, что большинство карликовых галактик отличить от шарового скопления можно с первого взгляда (на фотографию, разумеется). Карликовые галактики, как и прочие галактики, редко имеют правильную сферическую форму. Их форма задается формой фрейма темной материи, в котором сосредоточена большая часть галактики - а тот в силу бесстолкновительного характера темной материи и ее достаточно высокой температуры может сохранять неправильную форму, близкую к трехосному эллипсоиду, в течение многих миллиардов лет. А масса шаровых скоплений задается только массой их звезд, так что они под действием собственной гравитации достаточно быстро примут сферическую форму, даже если изначально их форма была неправильной.

Вот и имеем результат: то, что долго считалось шаровым скоплением подчас неожиданно оказывается галактикой или ее остатком. Вот, к примеру, то, что отродясь считалось крупнейшим шаровым скоплением Млечного пути - ω Центавра: 

Когда обнаружилось, что в нем есть звезды разного возраста - это достаточно интересно и для шаровых скоплений нехарактерно - исследователи насторожились. А несколько лет назад обнаружилось, что в его центре присутствует достаточно массивная черная дыра, а в составе - темная материя.
Ничего не напоминает?
Правильно.
Это - не шаровое скопление, а внутренняя часть карликовой галактики возрастом более 12 миллиардов лет, которую Млечный путь поглотил в незапамятные времена.
Кстати, замечу забавное обстоятельство: расстояние от Солнца до ω Центавра равно 18300 световых лет - меньше, чем до центра Млечного пути. Если вспомнить, что за расстояние до галактики принимается расстояние до ее центра, можно формально считать, что ближайшей к Земле галактикой является не Млечный путь, а ω Центавра.
Ну, а потом пошло далее. Второе по величине шаровой скопление Млечного пути, 47 Тукана, в 2019 году тоже оказалось не шаровым скоплением, а остатком захваченной галактики - в нем и черная дыра есть (маленькая для центральной черной дыры галактики - 2200 солнечных масс - и темная материя . А годом ранее, в 2018 году, обнаружилось, что и шаровое скопление FSR 1758, обнаруженное в неожиданном месте - в балдже Млечного пути - тоже никакое не шаровое скопление, а остаток поглощенной (в совсем уж древние времена) галактики. Кстати,3 публикация, посвященная природе этого скопления, была названа очень красиво - "Секвойя в саду".
Ну, а чтобы нам не было обидно - крупнейшее шаровое скопление галактики Андромеды, HST G1 (более известное как Mayall II), кстати, считавшееся самым большим из всех известных шаровых скоплений, тоже оказалось не скоплением, а остатком поглощенной галактики. И черная дыра в его центре есть, массой около двадцати тысяч солнечных, и звезды в нем различаются по возрасту и металличности (а значит, еще и принадлежат к разным поколениям).
Вот оно какое:

Впрочем, успокою - остальные проверенные шаровые скопления Млечного пути  оказались  "честными" - и звезды в них одного возраста, и заметного количества темной материи в них нет, и черных дыр в их центрах не водится.

Стоит заметить, что происхождение шаровых скоплений до конца непонятно. Идей было (и остается) много, куда больше, чем подтверждений. Впрочем, наиболее перспективный механизм, который прекрасно объясняет недавно упоминавшийся мной мистический феноменологически определенный закон, по которому полная масса галактики в единицах массы Солнца равняется количеству шаровых скоплений галактики, умноженному на пять миллиардов, выглядит следующим образом.

Представим себе два сгущения темной материи - то ли отдельно существующих, то ли уже вошедших в состав темного гало галактики.
Разумеется, они не будут бродить по пространству совсем уж одиноко - их гравитация подтянет к ним газ (особенно, если речь идет о древних временах, двенадцать-тринадцать миллиардов лет назад, когда этого газа было еще много (звезд, рожденных из него, в Вселенной еще было мало), да и места во Вселенной было куда меньше, чем сейчас - она же расширяется!
И в результате в пространстве будут летать два более или менее плотных газовых облака (точнее сказать, два газовых сгустка), сформированных сгущениями темной материи.
А теперь давайте представим себе, что будет, когда эти два сгустка столкнутся.

С темной материей в сгустках, разумеется, ничего не произойдет - она бесстолкновительная, и взаимодействует только гравитацией. Поэтому два сгущения темной материи пройдут друг сквозь друга, оставшись друг для друга практически незамеченными (теоретически, конечно, cлегка деформированными гравитацией видимой материи сгущений) и разойдутся. А вот газ так не умеет - два облака газа столкнутся со сверхзвуковой скоростью, взаимодействуя друг с другом. В результате облака газа сожмутся, сольются, нагреются до высоких скоростей, затормозятся и "оторвутся" от улетевших сгустков темной материи, которые их и породили.

Кстати, ничего не напоминает? Похожие процессы (в куда больших, грандиозных масштабах) происходят у нас на глазах при столкновениях скоплений галактик.

Результат окажется, как показывает моделирование, интересным. При достаточной массе, порядка ста тысяч солнечных и выше, такое горячее плотное облако газа, образованное при столкновении, быстро остывает за счет излучения, не успев рассеяться, после чего начинает сжиматься, продолжая при этом остывать, а дальше фрагментировать на звезды. И расчет показывает, что это будет длиться очень недолго - с характерным временем порядка десятков миллионов лет. И в результате сгущения темной материи улетают, а на месте столкновения остается плотное шаровое (приобретшее эту форму за счет гравитации) скопление звезд.

Кстати, модель замечательно объясняет еще одну загадку шаровых скоплений.
Не так давно на основе анализа сорока тщательно измеренных профилей дисперсии скоростей для шаровых звездных скоплений (зависимости скорости звезд от радиуса, на котором они находятся в скоплении, то есть, от их расстояния до центра скопления) было установлено, что скорости вращения скоплений пропорциональны их массе в степени 0,3 (точнее говоря, 0,3±0,051),

Получив такой результат, исследователи (и те, кто прочитал их исследование) в свое время захотели протереть глаза. Или попросить кого-нибудь ущипнуть их побольнее, чтобы проснуться. Поняли, почему? Если не поняли - вспомните мой пост про законы вращения галактик и попросите ущипнуть уже себя. Это же практически соотношение Талли-Фишера!!! Закон вращения дисковидных галактик!!! Только шаровые скопления - это все же не спиральные галактики, и темной материи в них нет! И технически, расчет динамики вещества, собранного в сферу, дает степень 0,25, но не 0,3, что Вам любая эллиптическая галактика, вращающаяся по закону Фабер-Джексона (см. там же) подтвердит.
Впору было в альтернативные теории гравитации поверить - но и они настаивают на степени 0,25. А вот описанный сценарий формирования шаровых скоплений даже эту загадку решает.

[фок Гюнце]

η Киля

Рассказывая про туманности http://forum.kamsha.ru/index.php?topic=101.msg77151#msg77151, я упомянул находящуюся в Большой туманности Киля  знаменитую звезду  η Киля (эта Киля, Eta Carinae, (η Car, Форамен) и даже приводил фотографию звезды, окруженной туманностью Гомункулюс, созданной сброшенным звездой веществом:

А давайте, я расскажу про нее подробнее?

Гипергигант относится к классу ярких голубых переменных (LBV. cv/ http://forum.kamsha.ru/index.php?topic=101.msg77141#msg77141),  имеет массу около 150 солнечных масс, радиус более ста радиусов Солнца и светимость, превышающую светимость Солнца в пять с половиной миллионов раз. Расстояние до звезды - более семи с половиной тысяч световых лет.
Звезда всегда, сколько мы ее знаем, вела себя нестандартно (впрочем, о каких стандартах может идти речь, когда речь идет о столь колоссальных звездах?). С начала XVII века до 1820 года неоднократно фиксировались нерегулярные колебания ее светимости, причем немалые - примерно на две звездные величины, то есть, более,чем в шесть раз, от +2^m до +4^m (http://forum.kamsha.ru/index.php?topic=101.msg77390#msg77390).

В 1820 году яркость звезды начала быстро расти - за десятилетие, вернее, за одиннадцать лет она выросла до +1^m. Затем рост светимости прекратился, яркость звезды несколько снизилась (скорее всего - точнее сказать трудно, ибо наблюдения тогда не обладали должной объективностью) - а затем в 1838 светимость быстро возросла до +0,2^m.
Это было лишь прелюдией.
После недолгой паузы (пять с половиной лет) звезда вспыхнула, став одной из ярчайших звезд неба (это при таком-то расстоянии!). В максимуме яркости в 1843 году она достигла звездной величины -1^m (с учетом расстояния - это тридцать миллионов светимостей Солнца! почти годовое излучение Солнца в секунду!) и колебалась от нуля до минус единицы до 1856 года (тринадцать лет подряд звезда излучала за одну-две секунды примерно столько энергии, сколько Солнце излучает за год!). После этого яркость звезды начала быстро падать.
Постфактум стало понятным, что в это время человечество наблюдало крупнейший известный нам неразрушающий взрыв звезды, обладавший мощностью небольшой сверхновой. Именно в это время, за тринадцать лет, с поверхности звезды была сброшена внешняя оболочка массой, по оценкам, от пяти до десяти масс Солнца, сформировавшая явно видимую на фотографии восьмеркообразную (двулопастную) туманность Гомункулюс, окружающую спрятанную внутри звезду.
Это еще не все. Буквально за считанные годы яркость звезды снизилась в две-три тысячи раз, и она до 1892 года перестала быть видимой невооруженным глазом (ее яркость продолжала колебаться от +7^m до +8^m). В 1892 году последовала новая вспышка, уже не столь мощная - до +6m. Затем последовал спад до 1940 года - а после этого светимость звезды начала плавно расти и к настоящему моменту ее видимая звездная величина почти достигла +5^m (все равно уступая пику яркости, достигнутому в 1843 году, примерно в 250 раз). Впрочем, речь сейчас идет о видимой звездной величине - в инфракрасном диапазоне η Киля и сейчас является одним из ярчайших объектов неба за счет мощного инфракрасного излучения материала туманности (он поглощает мощнейшее ультрафиолетовое излучение гипергиганта и переизлучает его в более длинном, инфракрасном диапазоне - этот процесс называется репроцессингом).
Качественный механизм вспышки 1843 года примерно понять можно (http://forum.kamsha.ru/index.php?topic=101.msg77146#msg77146, рассказ о гиперновых, п. 2). С пониманием деталей происшедшего тогда и происходящего с гипергигантом сейчас дело обстоит хуже.

Если посмотреть на то, что можно видеть сейчас, повнимательнее, следует отметить несколько интересных фактов.
Во-первых, что можно сказать о туманности Гомункулюс, образованной взрывом 1843-1856 года? Ее длина составляет почти 0,7 светового года (!), скорость расширения вещества на полюсах туманности - около 700 км/с, сама туманность (восьмерка) практически полая, газ, составляющий ее, расширяется баллистически (по инерции после взрыва), а внутри ее упрятана еще одна, меньшая двухлопастная туманность - остаток вспышки 1892 года.
Во-вторых, обращает на себя внимание то, что туманность словно бы "вложена" в заметно большее облако - след предыдущих вспышек звезды. Вообще, если посмотреть на ее окрестности внимательно, оказывается, что эта Киля за последние тысячелетия успела раздуть вокруг себя облако газа диаметром в несколько световых лет.

Возраст звезды по оценкам составляет примерно три миллиона лет - и, судя по всему, следующего миллиона лет она не проживет. Впрочем, в норме, не проживет она и меньшего срока - с поверхности звезды истекает мощнейший звездный ветер, "заполняющий" полость туманности Гомункулюс и уплотняющий ее, причем в нынешнем спокойном состоянии звезда теряет за счет звездного ветра за тысячу лет массу, сравнимую с массой Солнца. Так что и на полторы сотни тысяч лет ее не хватит... Кстати, по оценкам, за время жизни она потеряла около тридцати масс Солнца.

Далее, еще один интересный факт. В спектре излучения туманности Гомункулус обнаружен аммиак. Как минимум, это говорит о том, что в сброшенной оболочке гипергиганта был азот, причем в изрядном количестве. А поскольку взяться столь тяжелому металлу, кроме недр звезды, было неоткуда, это означает, что в глубине гипергиганта уже идут ядерные реакции с участием азота (температура внутренних частей звезды очень высока), более того, образовавшийся в ходе ядерных реакций азот уже успел мигрировать во внешние слои звезды. То есть, она уже очень глубоко проэволюционировала, и жить ей действительно осталось недолго.

Кроме газов, в туманности Гомункулюс имеется пыль, причем в изрядном количестве - около пяти процентов солнечной массы, то есть, на три порядка больше суммарной массы всех планет Солнечной системы.

Форма самой туманности, как нетрудно видеть, достаточно интересна - перпендикулярно оси от ее центра отходит нечто, изначально принятое за экваториальный диск - фотографии высокого качества показывают, что этот диск больше похож на лопасти вентилятора и состоит из разделенных полос. Есть очень серьезное подозрение, что его происхождение является смешанным, и он сформирован несколькими извержениями звезды.
Помимо туманности Гомункулюс, остатками извержения 1843 года являются также "струны" - слабозаметные (их фотографируют с немалыми ухищрениями) радиальные волокна, исходящие от звезды в пространство за пределы туманности и оставленные плотными компактными газовыми облаками, выброшенными со скоростью до трех тысяч километров в секунду все при том же извержении. Механизм формирования таких плотных газовых шаров пока непонятен.

Весьма интересным является то обстоятельство, что поведение звезды как в XIX веке, так и сейчас (что проявляется при анализе ее спектра) зачастую демонстрирует наличие 5,5-летнего цикла, характерного и для периодичности изменений яркости, и для периода колебаний интенсивности многих спектральных линий. Это навело на мысль, что η Киля является двойной системой, в которой достаточно массивная звезда-гигант (массой до 30 солнечных) обращается вокруг LBV-гипергиганта массой 90-120 солнечных по орбите с апоцентром около 30 астрономических единиц и периодом пять с половиной лет.
Увы, все не столь просто. Предположение двойного характера η Киля прекрасно объясняло многое - и колебания спектров, и наличие достаточно жесткого рентгеновского излучения (в такой модели оно возникает при столкновении двух интенсивных потоков звездного ветра от компаньонов) и даже давало бы удобное альтернативное объяснение причин вспышки гипергиганта - но интерферометрическое фотографирование изначально не дало ни малейшего намека на существование второго компонента. К тому же гравитационное воздействие массивного спутника должно приводить к колебаниям лучевой скорости звезды, что прекрасно фиксировалось бы по колебаниям длин волн излучения за счет эффекта Допплера (именно таким образом только при куда более слабом воздействии были открыты многие экзопланеты) - но надежно колебания лучевой скорости η Киля не были обнаружены. Вопрос о кратности системы долгое время оставался открытым.

Неизвестным,говоря формально, является будущее звезды. Практически единогласно считается, что в ближайшее время нас может ожидать грандиозное зрелище - взрыв гиперновой, который будет на полтора-два порядка мощнее взрыва обычной сверхновой и будет сиять в небе с яркостью, сравнимой с яркостью полной Луны. При этом ближайшим временем считаются не миллионы и даже не сотни тысяч лет - строго говоря, речь может идти о тысячелетиях, а теоретически, взрыв может произойти в любой момент. И хочется заметить во избежание кривотолков - с учетом существующей дистанции и ориентации полюсов гипергиганта (совпадающей с ориентацией туманности Гомункулюс) такой взрыв при всей эффектности будет для нас совершенно безопасным.
Но при этом есть вероятность того, что еще несколько вспышек, аналогичных извержению 1843 года, в сочетании со звездным ветром приведут к такой потере массы звезды, которая продлит срок ее существования и приведет ее к куда менее эффектному концу - отложенному "обыкновенному" мощному взрыву сверхновой типа II.

Наиболее правдоподобную модель η Киля как двойной системы выглядит так:
Более яркий (и более холодный!) компаньон имеет массу около 90-120 солнечных и яркость около 5 миллионов солнечных, второй компаньон меньше в 3 - 4 раза и имеет примерно в пять раз меньшую яркость. В периастре расстояние между компонентами составляет 225 миллионов километров (примерно соответствует радиусу орбиты Марса). При прохождении периастра взаимодействие интенсивных звездных ветров (эмиссии вещества с поверхности) компонентов приводит к резкому росту рентгеновского излучения и его колебаниям. За последние годы согласно модели наблюдалось три таких сближения компонентов, соответствующих трем пикам рентгеновского излучения.
Подробности модели:
Звездный ветер основного компонента является существенно более плотным и при этом менее энергичным (скорость ветра - около 500 км/с, интенсивность - около 0,1% массы Солнца в год (!)). Более горячий меньший компонент испускает менее плотный поток (интенсивность ниже на два порядка) более высокоэнергичного вещества (скорость потока - более 3000 км/с).
В результате вблизи периастра звездный ветер меньшего компонента "вырезает спираль" в плотном потоке большего компонента. При этом на фронте взаимодействия потоков вещества формируются масштабные зоны неустойчивости (как и положено при взаимодействии сверхзвуковых ударных волн). Именно этот процесс может быть ответственным за формирование упомянутых выше струн. Температура вещества, сжатого на фронте взаимодействия, повышается до сотен миллионов градусов, что и приводит к резкому росту эмиссии рентгеновского излучения.
Размер области взаимодействия звездных ветров компонентов достигает 0,1 светового года.

В этом варианте становится ясным отсутствие заметных колебаний лучевой скорости: когда звезды сближаются, меньший компонент пары погружается в газопылевое облако большего компонента, которое поглощает его излучение и переизлучает в область больших длин волн (мягкий ультрафиолет, видимое и инфракрасное излучение), а излучение фронта взаимодействия "окутывает" больший компонент. Фактически, непосредственное излучение обеих звезд непосредственно не наблюдается - оно теряется в облаке, "размазывается" и переизлучается во внешние области с опозданием, поэтому мы не видим поверхности звезд непосредственно и не можем по эффекту Допплера оценить их скорость.

Визуализацию модели можно посмотреть здесь: https://www.youtube.com/watch?v=0rJQi6oaZf0

Ну, а то, что η Киля действительно двойная, удалось доказать только недавно, получив фотографию, сделанную VLT:

Впрочем, и это еще не окончательно: в 2018 году появилось исследование, в котором предлагалась и обосновывалась модель, согласно которой η Киля до 1843 года была не двойной, а несимметричной тройной системой - основной компонент, близкий к нему спутник и третий компонент, обращавшийся вокруг первых двух.
В 1838 году медленно сближавшиеся до этого основной компонент и обращавшийся вокруг него близкий спутник сблизились настолько, что началось активное взаимодействие их поверхностей - по сути дела, началось слияние, вернее, с учетом асимметрии - поглощение. Процесс слияния быстро развивался - и в 1843 году слияние перешло в активную фазу, вызвав бурный "выплеск" энергии и материала.
То есть, то, что считалось крупнейшим за всю историю наблюдений неразрушающим взрывом звезды, в таком случае оказывается слиянием гипергиганта с меньшей звездой-спутником.
В любом случае, дальше η Киля оставалась двойной.

[фок Гюнце]

Полезные советы

Если Вы заблудились во время странствий по космосу, не знаете, куда попали и не видите родного дома, не стоит преждевременно впадать в отчаяние. Вначале осмотритесь вокруг, обращая внимание на окрестные галактики.
Если вокруг Вас много крупных голубоватых и неярких галактик - стало быть, Вы попали в богатое скопление. Это хорошо, потому что здесь легче найти временный приют, и местное население, скорее всего, поможет Вам отыскать дорогу домой (возможно - даже с радостью и удовольствием). При этом если неподалеку Вы заметите большую галактику с красной сердцевиной и ярко-голубой периферией, то постарайтесь ее избежать - скорее всего, там Вы никого не найдете.
Если Вы видите вокруг себя немного ярких спиральных голубых галактик, значит, Вы находитесь в бедном скоплении. Не расстраивайтесь - опыт показывает, что в таких скоплениях подчас водится смышленый и доброжелательный народ, так что для Вас ничего не потеряно.
Если спиральные галактики, которые Вы видите, имеют красный цвет, и Вы не можете заметить ни одной голубой даже вдали - призадумайтесь, не слишком ли долго Вы путешествовали*¹.
Но в любом случае помните - если Вы паче чаяния заметите неподалеку хотя бы несколько гигантских или сверхгигантских эллиптических галактик голубого цвета*², впадать в отчаяние, безусловно, стоит, и это окажется самой разумной реакцией. Это означает, что Вы оказались в далеком прошлом, когда разумной жизни во Вселенной еще не было, а стало быть, на помощь рассчитывать не стоит, и Ваш дом, к тому же, еще не успел появиться.

*¹

Ситуация соответствует, ориентировочно, времени через двадцать и более миллиардов лет после Большого взрыва, когда практически во всех существующих спиральных галактиках еще более снизится темп звездообразования, умрут молодые яркие крупные звезды, и светимость спиральных галактик будет определяться, в основном, тусклыми долгоживущими оранжевыми и красными звездами классов К и М. 

*²

Ситуация соответствует первым двум-трем миллиардам лет существования Вселенной (максимум - пяти миллиардам), когда в гигантских и сверхгигантских эллиптических галактиках еще оставался свободный газ, поддерживающий более или менее активное звездообразование, а стало быть, в них еще жили  и определяли их светимость большие (и короткоживущие) яркие белые и голубые звезды классов А, В и О.

[фок Гюнце]

И кое-что о джетах активных ядер галактик

Это - большой эллиптикал, гигантская эллиптическая галактика IC 310, удаленная примерно на 260 миллионов световых лет, на фоне галактик своего скопления, в котором она доминирует, и множества фоновых галактик.

Вот она же поближе:

Разумеется, она имеет активное ядро (почему разумеется? - потому что большим эллиптикалам оно в норме положено по статусу. Я об этом рассказывал и даже говорил, почему) и классифицируется как радиогалактика. Хотя, конечно, джет ее ядра излучает все - и гамма-излучение, и ренгеновское.

И чем хороша эта галактика - она позволяет легко оценить диаметр основания джета своего ядра.

Характерный период колебаний мощности гамма-излучения джета радиогалактики IC 310 составляет около 4,8 минуты. Это говорит о том, что диаметр основания джета - колоссальной струи релятивистских частиц, выбрасываемых на сотни тысяч световых лет сверхмассивной черной дырой - ядром галактики - составляет около 4,8 световых минут. Проще говоря - не более восьмидесяти-девяноста миллионов километров. Чуть более четверти диаметра орбиты Земли. Меньше диаметра орбиты Меркурия.

При этом масса черной дыры в центре галактики - около ста миллионов солнечных. Соответственно, диаметр горизонта событий черной дыры - около пятисот миллионов километров. Больше орбиты Марса.

Оцените конфигурацию.