Астрономам приходится иметь дело с самыми огромными, самыми массивными и самыми далекими телами, существующими в природе. Поэтому они привыкли к гигантским масштабам и огромным числам.
Нам трудно наглядно представить себе расстояния даже до близких небесных тел. Самая близкая к нам звезда - Солнце - удалена от нас примерно на 150 млн. км. Чтобы досчитать до 150 млн., произнося каждую секунду по числу, потребовалось бы около пяти лет. Однако расстояние до Солнца ничтожно в сравнении с расстояниями между звездами. Ближайшая к нам звезда находится почти в 260 тысяч раз дальше Солнца. Но и эти числа со многими нулями приходится считать маленькими, когда речь идет о расстояниях между гигантскими скоплениями звезд - галактиками.
Галактики так далеки от нас, что, за исключением немногих самых близких, их нельзя рассмотреть ни в какие телескопы. Изучают их, как правило, с помощью астрономической фотографии или электронных приемников. По фотографиям определяют яркость галактик, их размеры, форму, структуру, положение на небе. Посмотрите, как разнообразны галактики (рис. 2-9).

Рис. 1. Центральная часть скопления галактик в созвездии Геркулеса (негатив).

По внешнему виду их можно грубо разделить на три типа: эллиптические (они видны как овальные светлые пятна), спиральные (в них заметны спиральные ветви) и неправильные, похожие на бесформенные облачка.

Рис 2. Туманность Андромеды - ближайшая к нам спиральная галактика

Почему галактики так не похожи друг на друга? Исследования показали, что их форма зависит от звездного состава, от возраста, от интенсивности образования в них звезд.
Спиральные ветви галактик состоят в основном из молодых, очень ярких звезд и облаков газа. Облака светятся под действием ультрафиолетовых лучей, испускаемых этими звездами.

Рис 3. Спиральная галактика с перемычкой

Из газовых облаков, медленно сжимающихся под действием собственных сил тяготения, образуются новые поколения звезд. Но в составе спиральных галактик немало и старых, уже неярких звезд. В эллиптических галактиках газа уже почти нет, звездообразование в них давно закончилось, поэтому составляют их преимущественно старые звезды, которым несколько миллиардов лет. Звезды с возрастом становятся более красными, в связи с чем эллиптические галактики краснее спиральных. Неправильные галактики, наоборот, часто очень голубые, так как молодых звезд в них даже больше, чем в спиральных. Больше в них и межзвездного газа, из которого продолжается образование звезд.

Рис 4. Спиральная галактика

Существуют галактики с очень странными и причудливыми формами (так называемые пекулярные галактики), их часто трудно отнести к какому-нибудь типу. Вот, например, галактика (рис. 8), у которой эллиптическое тело обвито полосами светлой материи и темными прожилками пыли. Никто пока не может объяснить, как такие детали образовались.
Галактики бывают парными, и тесное соседство нередко сказывается на их внешнем виде; между галактиками образуются "перемычки" из звезд или далеко в сторону отходят светящиеся длинные "хвосты", часто удивительно прямые (рис. 9).
Не ясно, давно ли образовались эти придатки, какова их природа, почему они не падают на галактику. Большую роль в их появлении играют, безусловно, магнитные поля, проходящие через галактики, и окружающая газовая среда.
Существование столь не похожих друг на друга галактик вызвано тем, что они образовывались в разных условиях. Большинство исследователей считает, что галактики сконденсировались из громадных облаков газа, преимущественно водорода, некогда заполнявшего все мировое пространство. Эти облака - протогалактики - отличались друг от друга массой, размерами, скоростью вращения вокруг оси, силой внутреннего магнитного поля. От этих физических характеристик очень сильно зависит, как быстро и в каких местах облако начнет дробиться на меньшие облачка, образуя звезды, а значит, какой вид будет иметь галактика.
Астрономы научились исследовать движение галактик, хотя это далеко не простая задача. Из-за огромных расстояний мы видим все космические процессы как бы замедленными киносъемкой. Даже если мы наблюдаем взрыв в галактике, где массы газа движутся со скоростью тысяч километров в секунду, наши далекие потомки и через тысячи лет будут видеть ту же картину, что и мы, словно газ и не сдвинулся с места.
О движении галактик узнают, исследуя их спектр. Спектр галактики выглядит как узкая светлая полоска, перерезанная темными линиями поглощения, принадлежащими различным химическим элементам.
В физике давно известен так называемый эффект Доплера (см. стр. 14). Измеряя длины волн спектральных линий в спектре галактик, ученые узнают о том, как галактики движутся.

Рис 5. Спиральная галактика. Темная полоса говорит о большой концентрации пыли в галактике

Если получить спектр отдельных частей галактики, можно определить скорость вращения звезд вокруг центра. Оказалось, что за свою жизнь каждая галактика успела сделать несколько десятков оборотов. Зная размеры галактики и скорость ее вращения, нетрудно, опираясь на закон всемирного тяготения, "взвесить" галактику, вычислить ее массу.
Но сначала необходимо решить еще одну задачу: определить расстояние до галактики. Для этого применяют несколько способов. Можно сравнить видимый блеск отдельных звезд исследуемой галактики и таких же звезд, но близких к нам, входящих в нашу Галактику, расстояния до которых известны. Если же отдельные звезды неразличимы, можно оценить расстояние по видимой яркости или видимому размеру галактики в целом. Но это очень грубый метод, и, применяя его, можно ошибиться в несколько раз.

Рис 6. Эллиптическая галактика

Есть способ, который позволяет, получив спектр далекой галактики, узнать расстояние значительно точнее. Дело в том, что мы живем в эпоху, когда происходит так называемое расширение Вселенной (см. ст. "Вселенная вчера, сегодня и завтра"): галактики удаляются от нас и друг от друга. Это можно

Рис. 7. Неправильная галактика - Большое Магелланово Облако.

доказать по сдвигу линий поглощения их спектров. Величина красного смещения тем больше, чем больше скорость удаления. И из теории (которая, между прочим, предсказала удаление галактик друг от друга до того, как это показали наблюдения), и из астрономических наблюдений далеких галактик следует, что величина красного смещения (или скорости удаления галактик) пропорциональна расстояниям до них. Например, если одна галактика удаляется от нас со скоростью 2000 км/сек, а другая - 6000 км/сек, то вторая должна находиться в три раза дальше первой.

Ученые установили, что для вычисления расстояния до галактики в мегапарсеках (1 мегапарсек - около 3 млн. световых лет) надо величину скорости в километрах в секунду разделить приблизительно на сто. Например, расстояния до галактик, о которых шла речь, равны 20 и 60 мегапарсекам.

Рис. 8. Пекулярная галактика необычной формы.

Многие процессы, происходящие в галактиках, пока еще не объяснены, непонятны.

Рис 9. Взаимодействующие галактики

Много неясного связано с образованием галактик и звезд в них, с происхождением и устойчивостью спиральных ветвей, с внутренними движениями звезд и газа, со взаимодействием галактик между собой и с окружающей средой.

Галактики излучают радиоволны

На Землю из космоса беспрестанно приходят радиосигналы, но столь слабые, что для их обнаружения пришлось создать специальные приборы - радиотелескопы с огромными антеннами и мощными усилителями. Их поистине фантастическая чувствительность позволяет уверенно улавливать радиоизлучение, приходящее не только из нашей, но и из других галактик. Чтобы перевернуть страницу этой книги, вряд ли надо затратить больше энергии, чем энергия радиоволн, принятая из межгалактического пространства всеми радиотелескопами мира, вместе взятыми, за всю историю существования радиоастрономии.
Мы привыкли к тому, что радиоволны обычно рождает сложная аппаратура. Но, оказывается, любое тело - естественная радиостанция. Чем выше температура тела, чем больше его размер, тем сильнее поток его радиоволн.
Радиоастрономы принимают тепловое радиоизлучение даже от далеких и холодных планет, таких, как Уран или Нептун (см. ст. "Космические станции и радиоволны - о наших небесных соседях"). Наша Земля также излучает радиоволны, хотя при наблюдении ее с других планет сильнее оказался бы поток не естественных радиоволн, а приходящих от радиостанций. Самый "яркий" источник радиоволн в Солнечной системе, конечно, Солнце, особенно внешняя часть его атмосферы - корона, нагретая до миллиона градусов. Другие звезды также излучают радиоволны, но расстояния до них так велики, что мы не в состоянии уловить радиоизлучение даже самой близкой звезды (лишь недавно найдено несколько необычных звезд, радиоизлучение которых можно зарегистрировать). В нашей Галактике есть более мощные естественные радиостанции, чем звезды. Например, облака разреженного межзвездного газа, сильно нагретые горячими звездами, - источники теплового радиоизлучения, которое мы можем принимать даже с расстояния в несколько тысяч световых лет.
Как показали наблюдения, радиоволны рождаются не только в облаках газа, но и между ними. Образно говоря, в радиолучах "светится" вся Галактика, и особенно ярко- ее экваториальная область.
Исследования показали, что ни в звездах, ни в межзвездном газе такое радиоизлучение образоваться не может. Своим существованием оно обязано космическим лучам - движению очень быстрых заряженных частиц - электронов и протонов, неисчислимые количества которых движутся в нашей Галактике во всех направлениях. Многие из них имеют такие большие скорости, какие не удается получить в мощнейших ускорителях элементарных частиц.
Откуда они берутся? Как разгоняются до скорости, практически равной скорости света? Это, пожалуй, главный вопрос современной астрофизики, и окончательного ответа на него не получено. Астрофизики все больше склоняются к тому, что значительная часть космических лучей выбрасывается из ядер некоторых галактик - маленьких светящихся образований еще не разгаданной природы.
Значительная часть космических лучей образуется при катастрофических взрывах Сверхновых звезд, происходящих в галактиках в среднем раз в сто лет. Вспышка Сверхновой бывает такой сильной, что в момент максимума блеска звезда может соперничать по яркости с миллиардами обычных звезд!
Взрывы Сверхновых не проходят бесследно. Тысячи лет после вспышки на месте взорвавшейся звезды можно наблюдать расширяющуюся газовую туманность. Известно около десятка таких туманностей - следов давних катастроф. С тех пор как был изобретен телескоп, в нашей Галактике никто не видел взрыв Сверхновой, но наблюдения за их остатками показывают, что сотни лет они продолжают "вырабатывать" космические лучи и служить мощнейшими радиостанциями в галактиках.
В настоящее время зарегистрировано радиоизлучение около сотни ближайших к нам галактик. Их радиоизображения не похожи друг на друга. У некоторых только центральная часть испускает радиоволны, у других радиоизлучение приходит из области даже большей, чем сама галактика.
Обычно на излучение радиоволн галактики тратят в десятки миллионов раз меньше энергии, чем на излучение видимого света. Но ситуация меняется, когда происходят взрывы в центрах галактик.

Взрывы в центрах галактик

На всем небе обнаружено много сотен точек или маленьких областей, от которых приходят к нам радиоволны. Чтобы узнать, какие тела их испускают, с помощью крупных телескопов фотографируют область неба, где зафиксирован тот или иной радиоисточник. Неожиданно оказалось, что на месте многих из них находятся далекие галактики. Их назвали радиогалактиками. Часто внешне ничем не отличаясь от нормальных галактик, радиогалактики излучают в миллионы и десятки миллионов раз более мощные потоки радиоволн. Как правило, радиогалактики - эллиптические и имеют очень большую массу, нередко у них есть какая-нибудь особенность во внешнем виде, многие из них - двойные. Из-за этого сначала считали, что радиогалактики - сталкивающиеся галактики. Но теперь известно немало одиночных радиогалактик. Источник их энергии радиоизлучения - центральное ядро.
На рисунке 10 - одна и та же радиогалактика, расположенная в большом скоплении галактик в созвездии Девы.

Рис. 10. Радиогалактика Дева А. Фотографии получены с различной экспозицией.

Рис. 11. Радиогалактика Центавр А.

Расстояние до нее - около 30 млн. световых лет. Нижняя фотография сделана с большой экспозицией, так что яркая центральная часть эллиптической галактики оказалась передержанной. На верхней, полученной с меньшей экспозицией, видна лишь центральная ее часть. Хорошо заметно, что из центра выходит клочковатый выброс. На цветной фотографии он был бы голубым. Радиоизлучение приходит к нам из довольно обширной области, включающей всю видимую на фотографии часть галактики, но на коротких, сантиметровых волнах самую значительную часть радиоизлучения дает "выброс". Это излучение, как оказалось, содержит электромагнитные колебания всех частот: от радиоволн до видимого света.
Другой пример - радиогалактика, которую связывают с радиоисточником Центавр А. Эта эллиптическая галактика имеет одну редкую особенность: большое количество межзвездной пыли в виде широкой темной полосы (рис. 11). Интересно, что радиоизлучение приходит в основном не от самой галактики, а от двух гигантских областей, симметрично расположенных относительно нее, объем которых во много десятков раз больше, чем объем галактики.
Двойным оказался и радиоисточник Лебедь А, один из самых "ярких" на небе. Он связан с двойной радиогалактикой, которая расположена так далеко, что ее форму трудно определить даже по фотографии, полученной с помощью пятиметрового телескопа. Расстояние до нее - около полумиллиарда световых лет. Лебедь А в радиодиапазоне излучает в несколько раз больше энергии, чем в виде обычного света. Столь мощные радиогалактики встречаются редко, и нам, можно сказать, повезло, что такой уникальный объект не расположен от нас значительно дальше.
Радиоизлучение подобных объектов может улавливаться и с таких расстояний, когда радиогалактику уже нельзя сфотографировать никакими инструментами. Не удивительно, что астрономам известно немало радиоисточников, которые не отождествляются ни с какими объектами.
Радиогалактики типа Центавр А или Лебедь А выбрасывают в окружающее пространство огромные облака быстрых частиц, хаотически двигающихся в магнитном поле и излучающих радиоволны в течение долгого времени. Со временем интенсивность их радиоизлучения уменьшается, и радиогалактики становятся уже ничем не отличимыми от обычных галактик. Может быть, некоторые обычные галактики на определенной стадии развития могут стать радиогалактиками? Есть основания считать, что и наша Галактика и туманность Андромеды в прошлом излучали радиоволны значительно интенсивнее, чем сейчас.
В центре радиогалактик, в их ядрах, идут активные взрывные процессы, при которых выделяется колоссальная энергия. Миллион звезд, таких, как Солнце, вместе взятых, за всю свою долгую жизнь не излучат в виде света и одного процента той энергии, которая выделяется при взрыве ядра обычной радиогалактики. Почему происходит взрыв? Где была заключена до взрыва освободившаяся энергия? Эти вопросы остаются пока без ответа. Было предположение, что причина взрыва - близкое расположение звезд возле центра галактики. И вспышка одной Сверхновой может повлечь за собой взрыв большого количества звезд. Но оказалось, что, вероятнее всего, взрывается само ядро галактики.
Что выводит его из устойчивого состояния? Возможно, межзвездный и межгалактический газ, оседающий на центр галактики. Не случайно радиогалактики имеют большую массу и создают вокруг себя сравнительно сильное гравитационное поле. В нормальных галактиках из ядер также выбрасываются газ и космические лучи, но в небольших количествах. В радиогалактиках активность ядра несравненно выше. Почему? Это будет ясно, когда мы больше узнаем о ядрах галактик.

Самые далекие объекты

Крупнейшее событие в астрономии за последние годы - это, наверное, открытие совершенно неизвестного ранее класса внегалактических объектов - квазаров.
В 1963 г. было обнаружено, что положение некоторых радиоисточников очень маленького углового размера совпадает с положением отдельных слабых звезд. Но известно, что обычные звезды - слишком маломощные радиоисточники, чтобы их радиоизлучение можно было обнаружить. Поэтому открытые объекты сразу привлекли к себе пристальное внимание. Неожиданно оказалось, что спектр этих радиозвезд содержит много ярких линий излучения (в отличие от темных линий поглощения, типичных для нормальных звезд), которые не поддаются расшифровке: было неясно, каким химическим элементам принадлежат спектральные линии. С такой ситуацией астрономы сталкивались, пожалуй, впервые. Наконец работающий в США голландский астроном М. Шмидт нашел ключ к разгадке странного спектра. Оказалось, что спектральные линии принадлежат хорошо знакомым химическим элементам, только эти линии сдвинуты в сторону красной части спектра очень сильно, имеют большое красное смещение.
Величиной красного смещения обычно называют число, показывающее, как относится изменение длины волны любой линии в спектре к первоначальной длине волны этой линии. Это число обычно бывает много меньше единицы. Для звезд нашей Галактики оно не выше 0,001, а для большинства исследовавшихся галактик оно составляет 0,003-0,1. Самые далекие галактики, которые можно исследовать с помощью крупнейших телескопов, имеют красное смещение 0,2-0,5. Красное смещение двух самых ярких радиозвезд оказалось близким к красному смещению далеких галактик -0,16 и 0,37.
Это говорит о том, что если их красное смещение, как и у галактик, вызвано расширением Вселенной, то обнаруженные объекты лежат очень далеко. Они не похожи на галактики. Эти объекты выглядят маленькими точками, как звезды, внешне отличаясь от большинства из них разве только голубым цветом (на рисунках их положение отмечено черточками). Они получили название квазизвездные (т. е. похожие на звезды) радиоисточники, или, сокращенно, квазары.
Поскольку квазары видны с колоссальных расстояний, они должны излучать света в сотни раз больше, чем нормальные галактики, а их радиоизлучение по мощности примерно такое же, как у мощнейших радиогалактик.
Самый близкий квазар (он известен под номером З С 273) находится на расстоянии около 1,5 млрд. световых лет от нас, и тем не менее его можно наблюдать даже в небольшой телескоп, в который можно увидеть лишь несколько ближайших галактик. Рядом с этим квазаром на фотографиях заметно направленное на него маленькое вытянутое облачко, очень напоминающее выброс из ядра радиогалактики Дева А. Оно также является источником радиоизлучения. Сами квазары по многим характеристикам очень похожи на ядра галактик, находящиеся в возбужденном состоянии, выбрасывающие газ и быстрые частицы.
Таким образом, нащупывается нить, связывающая квазары с уже знакомыми нам объектами. Не исключена возможность, что квазары - это ядра галактик, которые светятся слишком слабо, чтобы мы могли их видеть.

Рис. 12. Фотографии квазаров на фоне обычных звезд (отмечены черточками).

Размер квазаров удивительно мал (разумеется, по галактическим масштабам), и доказательством этого служит тот факт, что некоторые из них довольно быстро и беспорядочно меняют свой блеск. Например, яркость квазара З С 273 иногда заметно изменяется в течение нескольких недель или даже дней. Из этого следует вывод, что его размер не может превышать нескольких световых дней, иначе он целиком, как единый объект, не мог бы так быстро менять свою яркость. Это рассуждение может относиться не ко всему квазару, а к тем его областям, которые дают основной вклад в излучение.
Существование небольшого, но очень массивного газового шара, каким, по некоторым данным, является ядро квазара, объяснить не так-то просто. Можно строго доказать, что обычный газовый шар с массой даже в несколько сотен масс Солнца неотвратимо начнет безудержно и быстро сжиматься под действием собственной тяжести, пока не достигнет такого размера, при котором прекратится всякое излучение света; произойдёт, как говорят, гравитационный коллапс. Но ведь квазары существуют, и причем довольно долго, наверняка более ста лет. Удалось разыскать фотографии неба, сделанные еще в прошлом веке, где среди звезд оказался запечатленным квазар 3 C 273; его яркость с тех пор существенно не изменилась. Специалисты считают, что причину
устойчивости квазара следует искать в его быстром вращении или в бурных хаотических движениях его вещества. Пока такие движения не затихнут (а для этого требуется немало времени), квазар не начнет своего катастрофически быстрого сжатия.
Существуют и иные предположения. Некоторые исследователи считают, например, что квазары хотя и находятся за пределами нашей Галактики, но расстояние до них во много раз меньше, чем это следует из красного смещения. Иными словами, их красное смещение в основном вызвано не расширением Вселенной, как у галактик, а иными причинами. При этом масса и светимость квазаров может и не быть очень большой. Например, квазары могут быть маленькими по размеру газовыми сгустками, летящими с околосветовой скоростью, выброшенными когда-то нашей или какой-либо соседней галактикой.
Можно предположить и другое: квазары отнюдь не имеют очень больших скоростей, а красное смещение вызвано движением света в сильном гравитационном поле. Красное смещение возникает оттого, что лучи света, вырываясь из сильного гравитационного поля, создаваемого очень плотными телами, теряют часть своей энергии и, следовательно, увеличивают длину волны. Однако гипотезы, основанные на этих предположениях, пока не могут объяснить всей совокупности известных данных и, пожалуй, делают природу квазаров еще более непонятной. Поэтому большинство ученых продолжает считать квазары самыми далекими объектами.
Сейчас известно более сотни квазаров. Самые далекие из них имеют такое большое красное смещение, что испускаемые квазаром невидимые ультрафиолетовые лучи становятся видимыми, попадают в видимую часть спектра.
Поиски квазаров привели к открытию родственных им объектов. На фотографиях они также почти не отличимы от звезд, имеют голубой цвет и смещенные в красную сторону спектральные линии. Но, в отличие от квазаров, они почти не излучают радиоволн, что сильно затрудняет их обнаружение. Открытые объекты получили название квазизвездных галактик (сокращенно - к в а з а г и). Пока их нашли немного, но это вызвано лишь трудностями обнаружения: некоторые звезды нашей Галактики такие же голубые, как квазаги или квазары, и только спектральный анализ может показать, звезда это или внегалактический объект. Во Вселенной квазаги распространены даже больше, чем квазары. Вероятнее всего, квазары и квазаги - это одинаковые объекты, только на разных стадиях развития.
Еще не разобравшись в природе этих далеких объектов, ученые начали использовать их наблюдения для решения ряда проблем. Например, лучи света, испущенные квазарами и квазагами, проходят огромные расстояния между галактиками сквозь очень разреженный газ. Анализ принятого света может помочь уточнить плотность газа в межгалактическом пространстве. Но особенно привлекает то, что лучи, приходящие к нам от этих объектов, как бы гонцы далекого прошлого: ведь чем дальше объект, чем больше его красное смещение, тем раньше был испущен принятый нами сегодня свет. Мы видим эти далекие тела такими, какими они были миллиарды лет назад, а к настоящему времени они, без сомнения, неузнаваемо изменились. Наблюдая за далекими объектами, мы как бы заглядываем в прошлое Вселенной. Получив возможность узнать, как расширялась Вселенная миллиарды лет назад, ученые изучают, какими свойствами обладает окружающее нас пространство и как эти свойства меняются со временем. Наблюдения приводят к выводу, например, что миллиарды лет назад квазары встречались во Вселенной во много раз чаще, чем теперь.
Также сравнительно недавно стала известна одна очень любопытная деталь: есть несколько квазаров (они находятся в различных областях неба), у которых в спектре наряду со светлыми линиями излучения присутствуют темные линии поглощения. Красное смещение линий излучения у всех этих квазаров различное, но смещение линий поглощения практически одно и то же - оно составляет около 2,0! Да и число квазаров с таким смещением линий излучения оказалось тоже подозрительно велико. Одни считают, что такое совпадение вызвано некоторыми особенностями расширения Вселенной, другие видят в этом подтверждение того, что красное смещение квазаров - результат их внутренних свойств.

Уже сейчас вы можете скачать новые варианты ЕГЭ 2016 . Этот материал крайне необходим для качественной и плодотворной подготовки к данному экзамену.

Изучение квазаров и квазагов происходит бурными темпами. Оно помогает нам узнать, как Вселенная постепенно меняет свой облик. Было такое время, когда вообще не существовало ни звезд, ни галактик, ни квазаров и материя находилась в иных, может быть, даже в неизвестных сейчас формах. Но природа всегда была и останется познаваемой, и исследование галактик, в которых содержится почти вся плотная материя Вселенной, и загадочных квазизвездных объектов - квазаров и квазагов - помогает нам понять, как устроена Вселенная и как она развивается.

А.В. Засов

Размещение фотографий и цитирование статей с нашего сайта на других ресурсах разрешается при условии указания ссылки на первоисточник и фотографии.

В 2009 году на космическом телескопе имени Хаббла, который находится на околоземной орбите с 1990 года, в видимом диапазоне спектра были получены изображения самых далеких от Земли и самых старых галактик из тех, которые ученым когда-либо удавалось наблюдать. Для того чтобы получить изображение столь далеких и, соответственно, тусклых галактик (их светимость составляет одну миллионную долю светимости объекта, который может различить невооруженный человеческий глаз) ученые порядка четырех дней собирали свет от одной и той же области неба.

Несколько галактик, изображения которых были получены таким образом, проявили себя как кандидаты в галактики, находящиеся в стадии реионизации.

Вкратце напомним, что реионизация произошла после того, как в ранней Вселенной появились первые источники излучения, которые выдували своего рода «ионизированные пузыри» в окружающем их нейтральном газе, пока все эти пузыри не слились воедино и всё межгалактическое пространство не стало вновь ионизованным.

Это состояние межгалактической среды сохраняется до сегодняшнего дня, поскольку вот уже многие миллиарды лет галактики светят беспрерывно.

Одну из таких галактик, UDFy-38135539, которая «зажглась» примерно через 600 млн лет после рождения Вселенной, и удалось обнаружить на телескопе имени Хаббла в 2009 году. Для того чтобы подтвердить это открытие, требовалось провести качественные спектроскопические наблюдения, чтобы по ним определить красное смещение z. Напомним, что этим параметром в астрономии характеризуется расстояние до далеких объектов: z показывает изменение длины волны излучения объекта в результате расширения Вселенной.

Теоретические расчеты, проведенный сотрудниками Европейской южной обсерватории (ESO), показали, что с помощью одного из самых крупных наземных телескопов (находящегося в Чили VLT, принадлежащего ESO), инфракрасного спектрографа SINFONI и при наличии большого количества наблюдательного времени возможно зафиксировать свечение этой далекой галактики и определить ее красное смещение. По специальному запросу группе ученых было выделено время на телескопе для наблюдений UDFy-38135539.

После двух месяцев работы на телескопе, тщательного анализа и проверки полученных результатов ученые пришли к выводу, что они очень четко обнаружили слабое излучение этой галактики в линии водорода. Красное смещение объекта оказалось 8,6, что соответствует моменту времени 600 миллионов лет после Большого взрыва.

Таким образом, в настоящее время эта галактика является самым удаленным астрономическим объектом, который когда-либо наблюдался людьми.

До этого самой удаленной галактикой была IOK-1 из созвездия Волосы Вероники, красное смещение которой было равно 6,96. Самым удаленным объектом же был гамма-всплеск GRB 090423 (созвездие Льва) с z = 8,2.

Несколько раз астрономы уже фиксировали объекты с красным смещением около десяти. Но все время эти данные не выдерживали дополнительной наблюдательной проверки. Сейчас же ошибка практически исключена: получен очень качественный спектр галактики UDFy-38135539.

«Измерение красного смещения самых далеких галактик является очень интересным само по себе, но астрофизические последствия этого еще более важны, – говорит один из авторов работы, опубликованной в Nature, Николь Несвадьба. – Сейчас мы точно знаем, что видели одну из галактик, которая только-только начала вырисовываться из тумана, которым была заполнена ранняя Вселенная».

«Вероятно, там были и другие галактики, более слабые и менее массивные, которые также помогли сделать пространство вокруг наблюдаемой галактики прозрачным, – говорит другой автор работы, Марк Суинбэнк. – Без этой дополнительной помощи мы вряд ли обнаружили бы наш объект».

Ученые также отмечают, что изучение эпохи реионизации, когда начали формироваться галактики, позволяет продемонстрировать текущие возможности телескопов.


Вселенная огромна и увлекательна. Сложно представить, насколько мала Земля по сравнению с космической бездной. Согласно самых осторожных предположений астрономов, существует 100 миллиардов галактик, а Млечный Путь - лишь одна из них. Что же касается Земли, только во Млечном пути есть 17 миллиардов подобных планет... и это не считая других, которые радикально отличаются от нашей планеты. А среди галактик, которые сегодня стали известны ученым, встречаются очень необычные.

1. Messier 82


Messier 82 или просто M82 - галактика в пять раз ярче Млечного Пути. Это обусловлено очень быстрым процессом рождением молодых звезд в ней – они появляются в 10 раз чаще, чем в нашей галактике. Красные шлейфы, исходящие из центра галактики - пылающий водород, который выбрасывается из центра M82.

2. Галактика-подсолнечник


Формально известная как Messier 63, эта галактика была прозвана Подсолнечником, поскольку выглядит так, будто сошла с картины Винсента Ван Гога. Ее яркие, извилистые "лепестки" состоят из недавно образованных сине-белых гигантских звезд.

3. MACS J0717


MACS J0717 является одной из самых странных галактик, известных ученым. Технически это не один звездный объект, а скопление галактик - MACS J0717 образовалась при столкновении четырех других галактик. Причем процесс столкновения идет уже более 13 миллионов лет.

4. Messier 74


Если бы у Санта Клауса была любимая галактика, то это явно стала бы Messier 74. О ней часто вспоминают астрономы во время рождественских праздников, ведь галактика очень похожа на Рождественский венок.

5. Галактика Baby Boom


Находящаяся примерно в 12,2 миллиардах световых лет от Земли, галактика "бэби-бум" была обнаружена в 2008 году. Получила она свое прозвище из-за того, что в ней невероятно быстро рождаются новые звезды - примерно каждые 2 часа. К примеру, в Млечному Пути новая звезда появляется в среднем каждые 36 дней.

6. Млечный путь


Наша Галактика Млечный Путь (в которой находится Солнечная система, а, соответственно, и Земля) действительно является одной из самых примечательных из известных ученым галактик во Вселенной. В ней есть, по крайней мере 100 миллиардов планет и около 200-400 миллиардов звезд, некоторые из которых являются одними из старейших в известной вселенной.

7. IDCS 1426


Благодаря кластеру галактик IDCS 1426 сегодня можно видеть то, какой была Вселенная на две трети моложе, чем сейчас. IDCS 1426 является самым массивном скоплением галактик в ранней Вселенной, которое имеет массу около 500 триллионов Солнц. Ярко-синее ядро галактики из газа является результатом столкновением галактик в этом кластере.

8. I Zwicky 18


Карликовая голубая галактика I Zwicky 18 - самая молодая из известных галактик. Ее возраст составляет всего 500 миллионов лет (возраст Млечного пути - 12 миллиардов лет) и она по сути пребывает в состоянии эмбриона. Это гигантское облако холодного водорода и гелия.

9. NGC 6744


NGC 6744 - большая спиральная галактика, которая (как считают астрономы) одна из наиболее похожих на наш Млечный путь. У галактики, расположенной примерно в 30 миллионах световых лет от Земли, на удивление идентичные с Млечным путем удлиненное ядро и спиральные рукава.

10. NGC 6872

Галактика, известная как NGC 6872, является второй по величине спиральной галактикой из когда-либо обнаруженных учеными. В ней было найдено множество областей активного звездообразования. Поскольку в NGC 6872 практически не осталось свободного водорода для образования звезд, она "высасывает" его из соседней галактики IC 4970.

11. MACS J0416


Найденная в 4,3 миллиардах световых лет от Земли, галактика MACS J0416 больше похожа на какое-то световое шоу на модной дискотеке. На самом деле, за яркими фиолетовыми и розовыми цветами скрывается событие колоссального масштаба - столкновение двух скоплений галактик.

12. M60 и NGC 4647 - галактическая пара


Хотя гравитационные силы притягивают большинство галактик друг к другу, нет никаких доказательств того, что подобное происходит с соседними Messier 60 и NGC 4647. При этом также нет никаких доказательств того, они отдаляются друг от друга. Как пара, давным-давно живущая вместе, эти две галактики так и мчатся бок о бок через холодный и темный космос.

13. Messier 81


Расположенная неподалеку от Messier 25, Messier 81 является спиральной галактикой со сверхмассивной черной дырой в центре, масса которой в 70 миллионов раз больше массы Солнца. M81 является домом для многих короткоживущих, но очень горячих голубых звезд. Гравитационное взаимодействие с M82 привело к тому, что между обеими галактики протянулись шлейфы газообразного водорода.


Около 600 миллионов лет назад галактики NGC 4038 и NGC 4039 врезались друг в друга, начав массово обмениваться звездами и галактической материей. Из-за внешнего вида эти галактики прозвали антеннами.

15. Галактика Сомбреро


Галактика Сомбреро - одна из самых популярных среди астрономов-любителей. Название она получила из-за того, что благодаря своему яркому ядру и большой центральной выпуклости выглядит как этот головной убор.

16. 2MASX J16270254 + 4328340


Эта расплывчатая на всех снимках галактика известна под довольно сложным названием 2MASX J16270254 + 4328340. В результате слияния двух галактик образовался "мелкодисперсный туман, состоящий из миллионов звезд". Считается, что этот "туман" медленно рассеивается, поскольку срок жизни галактики истекает.

17. NGC 5793



Не слишком странная (хотя очень красивая) на первый взгляд, спиральная галактика NGC 5793 более известна своим редким явлением: мазерами. Люди знакомы с лазерами, которые излучают свет в видимой области спектра, но мало кто знает о мазерах, которые излучают свет в диапазоне СВЧ.

18. Галактика Треугольника


На фото изображена туманность NGC 604, расположенная в одном из спиральных рукавов галактики Messier 33. Более 200 очень горячих звезд нагревают ионизованный водород в этой туманности, что заставляет его флуоресцировать.

19. NGC 2685


NGC 2685, которую также иногда называют спиральной галактикой, находится в созвездии Большой Медведицы. Будучи одной из первых найденных полярных кольцевых галактик, NGC 2685 имеет внешнее кольцо из газа и звезд, вращающихся вокруг полюсов галактики, что делает ее одной из самых редких разновидностей галактик. Ученые до сих пор не знают, что приводит к образованию этих полярных колец.

20. Messier 94


Messier 94 выглядит как ужасный ураган, который был снят на Земле с орбиты. Эта галактика окружена ярко-голубыми кольцами активно формирующихся звезд.

21. Кластер Пандоры


Формально известная как Abell 2744, эта галактика была прозвана кластером Пандоры из-за целого ряда странных явлений, вытекающих из столкновения нескольких более мелких скоплений галактик. В ней творится настоящий хаос.

22. NGC 5408

То, что больше похоже на снимках на разноцветный праздничный торт, - неправильная галактика в созвездии Центавра. Примечательна она тем, что испускает сверхмощное рентгеновское излучение.

23. Галактика Водоворот

Галактика Водоворот, официально известная как M51a или NGC 5194, достаточно большая и близкая к Млечному пути, чтобы ее можно было бы увидеть на ночном небе даже в бинокль. Она была первой классифицированной спиральной галактикой и представляет особый интерес для ученых благодаря своему взаимодействию с карликовой галактикой NGC 5195.

24. SDSS J1038 + 4849

Скопление галактик SDSS J1038 + 4849 является одним из самых привлекательных кластеров, когда-либо найденных астрономами. Выглядит он как настоящий смайлик в космосе. Глаза и нос являются галактиками, а изогнутая линия "рта" обусловлена воздействием гравитационного линзирования.

25. NGC3314a и NGC3314b


Хотя эти две галактики выглядят как будто они сталкиваются, на самом деле это оптический обман. Между ними десятки миллионов световых лет.

Вселенная - чертовски большое место. Когда мы смотрим на ночное небо, почти все, что видно невооруженному глазу, является частью нашей галактики: звездой, скоплением звезд, туманностью. За звездами Млечного Пути проглядывает, например, галактика Треугольника. Эти «островные миры» мы находим повсюду во Вселенной, куда ни глянь, даже в самых темных и пустых клочках пространства, если только сумеем собрать достаточно света, чтобы заглянуть достаточно глубоко.

Большинство этих галактик настолько далеки, что даже фотону, летящему на скорости света, потребуются миллионы или миллиарды лет, чтобы преодолеть межгалактическое пространство. Когда-то он был испущен поверхностью далекой звезды, а теперь он, наконец, добрался до нас. И хотя скорость в 299 792 458 метров в секунду кажется невероятной, тот факт, что мы прошли всего 13,8 миллиарда лет со времен Большого Взрыва, означает, что расстояние, которое преодолел свет, все же конечно.

Вы, наверное, думаете, что самая далекая галактика от нас должна быть не дальше, чем в 13,8 миллиарда световых лет от нас, но это было бы ошибкой. Видите ли, кроме того, что свет движется с конечной скоростью через Вселенную, есть и другой, менее очевидный факт: ткань самой Вселенной расширяется с течением времени.

Решения общей теории относительности, которые вообще исключали такую возможность, появились в 1920 году, но наблюдения, которые пришли позже - и показали, что расстояние между галактиками увеличивается, - позволили нам не только подтвердить расширение Вселенной, но и даже измерить темп расширения и как он менялся со временем. Галактики, которые мы видим сегодня, были гораздо дальше от нас, когда впервые испустили свет, полученный нами сегодня.

Галактика EGS8p7 в настоящее время является рекордсменом по удаленности. С измеренным красным смещением в 8,63, наша реконструкция Вселенной подсказывает нам, что свету этой галактики потребовалось 13,24 миллиарда лет, чтобы добраться до нас. Еще немного математики, и мы обнаружим, что видим этот объект, когда Вселенной было всего 573 миллиона лет, всего 4% от ее текущего возраста.

Но поскольку Вселенная расширялась все это время, эта галактика находится не в 13,24 миллиарда световых лет от нас; на самом деле, она уже в 30,35 миллиарда световых лет. И не стоит забывать: если бы мы могли мгновенно отправить сигнал из этой галактики к нам, он покрыл бы расстояние в 30,35 миллиарда световых лет. Но если вы вместо этого отправите фотон из этой галактики к нам, то благодаря темной энергии и расширению ткани пространства он никогда нас не достигнет. Эта галактика уже ушла. Единственная причина, по которой мы можем ее наблюдать с помощью телескопов Кека и Хаббла, заключается в том, что блокирующий свет нейтральный газ в направлении этой галактики оказался достаточно редким.

Зеркало Хаббла по сравнению с зеркалом Джеймса Вебба

Но не думайте, что эта галактика самая далекая из самых далеких галактик, которые мы когда-либо увидим. Мы видим галактики на таком расстоянии настолько, насколько нам позволяет наше оборудование и Вселенная: чем меньше нейтрального газа, чем больше и ярче галактика, чем чувствительнее наш инструмент, тем дальше мы видим. Через несколько лет космический телескоп Джеймса Вебба сможет заглянуть еще дальше, поскольку будет способен улавливать свет большей длины волны (и, следовательно, с большим красным смещением), сможет видеть свет, который не блокируется нейтральным газом, сможет видеть более тусклые галактики, чем наши современные телескопы (Хаббл, Спитцер, Кек).

В теории самые первые галактики должны появиться с красным смещением в 15-20.

На границе галактики

Самые далёкие космические объекты расположены так далеко от Земли, что даже световые годы являются смехотворно малым мерилом их удалённости. Например, самоё близкое к нам космическое тело – Луна расположено всего в 1,28 световых секунды от нас. Как же представить себе расстояния, которые световой испульс не в силах преодолеть за сотни тысяч лет? Существует мнение, что измерять такое колоссальное пространство классическими величинами некорректно, с другой стороны других у нас нет.

Самая далёкая звезда нашей Галактики расположена в направлении созвездия Весов и удалена от Земли на расстояние, которое может преодолеть свет за 400 тыс. лет. Ясно, что эта звезда находится у пограничной черты, в так называемой зоне галактического гало. Ведь расстояние до этой звезды примерно в 4 раза превышает диаметр воображаемых просторов нашей Галактики. (Диаметр Млечного Пути оценивается примерно в 100 тыс. световых лет.)

За пределами галактики

Удивительно, что самую далекую, довольно-таки яркую звезду открыли только в наше время, хотя ее наблюдали и ранее. По непонятным соображениям астрономы не обратили особого внимания на слабо светящееся пятнышко на звездном небосклоне и различающееся на фотопластинке. Что же получается? Люди видят звезду в течение четверти века и... не замечают ее. Совсем недавно американскими астрономами из обсерватории имени Лоуэлла была открыта еще одна из наиболее отдаленных звезд в периферийных пределах нашей Галактики.

Эту звезду, уже потускневшую от «старости», можно поискать на небосклоне в расположении созвездия Девы, на расстоянии примерно 160 тыс. световых лет. Подобные открытия в темных (в прямом и переносном смысле слова) участках Млечного Пути позволяют внести важные корректировки при определении истинных значений массы и размеров нашей звездной системы в сторону их значительного увеличения.

Однако, даже самые далёкие звёзды в нашей галактике расположены относительно близко. Самые далёкие из известных науке квазаров расположены более чем в 30 раз дальше.

Кваза́р (англ. quasar - сокращение от QUASi stellAR radio source - «квазизвёздный радиоисточник») представляет собой класс внегалактических объектов, отличающихся очень высокой светимостью и настолько малым угловым размером, что в течение нескольких лет после открытия их не удавалось отличить от «точечных источников» - звёзд.

Не так давно американские астрономы обнаружили три квазара, относящиеся к числу самых "старых" известных науке объектов во Вселенной. Их удаленность от нашей планеты составляет более 13 миллиардов световых лет. Расстояния до далеких космических образований определяются с помощью так называемого "красного смещения" – сдвига в спектре излучения быстро движущихся объектов. Чем дальше они находятся от Земли, тем быстрее, в соответствии с современными космологическими теориями, они удаляются от нашей планеты. Предыдущий рекорд дальности был зафиксирован в 2001 году. Красное смещение обнаруженного тогда квазара оценивалось величиной 6.28. Нынешняя троица имеет смещения 6.4, 6.2 и 6.1.

Темное прошлое

Открытые квазары всего на 5 процентов "моложе" Вселенной. Что было до них, сразу после Большого Взрыва – зафиксировать сложно: водород, образовавшийся через 300 000 лет после взрыва, блокирует излучение самых ранних космических объектов. Только рост числа звезд и последовавшая ионизация водородных облаков позволяет разорвать завесу над нашим "темным прошлым".

Для получения и проверки подобной информации требуется совместная работа нескольких мощных телескопов. Ключевая роль в этом деле принадлежит космическому телескопу Хаббл и цифровому телескопу Слоан, расположенному в обсерватории Нью-Мексико.