Откуда берутся рукава в спиральных галактиках?
Спиральные галактики имеют выраженные спиральные рукава, за что и получили свое название. Большинство спиральных галактик также имеет перемычку, проходящую через центр и именуемую гордым названием «бар», так что рукава закручиваются не от центра галактики, а от бара. В экстремальном виде это можно наблюдать, например, у галактики NGC 1300. Наша Галактика Млечный Путь тоже является спиральной галактикой с баром.
Издали кажется, что галактика именно так и устроена — спиральные рукава, содержащие много вещества, и пустые места между ними, в которых вещества мало или почти нет. На самом же деле плотность звезд в галактике и в «пустых» местах между рукавами, и в самих рукавах практически одинакова. Например, мы живем в пространстве между двумя рукавами нашей галактики и на одиночество не жалуемся.
Рукава — это не те места, где больше звезд. Рукав — это интересное образование, представляющее собой так называемую «волну плотности», проходящую по газу и пыли, расположенным в межзвездной среде галактического диска. При этом то, что мы видим, — это даже не сам рукав. Фронт сверхзвуковой ударной волны невидим для оптических средств наблюдений. Но он сгущает газ и межзвездную пыль, резко повышая вероятность образования из них новых звезд. Фронт ударной волны излучает радиоволны и может наблюдаться в радиодиапазоне («радиорукав»). За его спиной после его прохождения в газе происходит множественное рождение молодых звезд, которые интенсивно испускают инфракрасное излучение, в результате чего за радиорукавом с небольшим отставанием следует повторяющая его очертания зона повышенного инфракрасного излучения («инфракрасный рукав»). И только потом, через несколько миллионов лет после прохождения волны плотности формируются звезды. Некоторые, весьма незначительная часть, из этих звезд оказываются достаточно крупными и яркими (массами в пять, десять и более масс Солнца) и принадлежат к классу голубых гигантов и сверхгигантов. А гиганты и сверхгиганты светятся непропорционально ярко — десятикратно превосходя, к примеру, Солнце по массе, небольшой сверхгигант по светимости оказывается ярче примерно в тридцать тысяч раз. Более крупные сверхгиганты могут иметь светимости больше солнечных в сотни тысяч раз. Поэтому с большого расстояния гиганты и сверхгиганты, составляя по количеству лишь несколько процентов звездного населения, определяют более девяноста процентов общей светимости области звездообразования. В результате эту область, в которой светят гиганты и сверхгиганты и которая повторяет форму ушедшей вперед волны плотности, мы видим как ярко-голубую спираль («видеорукав»). Собственно, именно его и воспринимают как спиральный рукав галактики на фотографиях. Потом короткоживущие большие звезды умирают — и яркость области, которую прошел рукав, уменьшается до фоновой.
Ответ на вопрос, откуда берутся рукава и бары, достаточно интересен. И начать рассказ нужно издалека — с движения звезд в диске галактики.
Продолжение статьи читайте в майском номере журнала "Наука и техника" за 2021 год. Доступна как печатная, так и электронная версии журнала. Оформить подписку на журнал можно здесь.
В магазине на сайте также можно купить магниты, календари, постеры с авиацией, кораблями, сухопутной техникой.
