Финалист премии «Просветитель» Владимир Сурдин: Эволюция галактик
Два подхода к изучению эволюции галактик
Детальные исследования звездного состава ближних галактик свидетельствуют, что во всех в них есть старые звезд возрастом не менее нескольких миллиардов лет. Это означает, что галактики вокруг нас прошли долгий жизненный пусть с тех пор, как миллиарды лет назад сформировалась их начальная структура и первое звездное население. Что происходило с галактиками на разных этапах этого пути? Как они эволюционировали?
Нет сомнений, что галактики менялись свою светимость, цвет и спект, поскольку давно родившиеся поколения звезд постепенно старели и вымирали «с массивного конца»: как известно, массивные звезды живут совсем мало по космическим меркам — около 10 млн лет, тогда как звезды с массой Солнца светят почти 10 млрд лет. Однако в процессе жизни любой галактики свой свет в ее общую светимость добавляли новые звезды, рождавшиеся на очередном этапе ее эволюции. Поскольку история звездообразования у каждой галактики своя — в разное время к разным ее подсистемам добавляется разное количество молодых звезд, — то эволюция цвета и спектра каждой звездной системы своеобразна и неповторима. Химический состав звезд и межзвездного газа в галактике со временем может изменяться, а точнее — он обязательно должен изменяться, поскольку звезды в процессе своего термоядерного горения синтезируют из водорода путем разных реакций всю таблицу Менделеева. Чем дольше живет галактика и чем дольше горят в ней звезды, тем, казалось бы, больше должно быть в ее веществе тяжелых химический элементов, синтезированных в звездах. Тот факт, что химический состав звезд диска нашей галактики практически не менялся последние 8-9 млрд лет, удивляет и требует объяснения. Эту особенность химической эволюции нашей звездной системы нужно понять и промоделировать, что, впрочем, и делают весьма успешно исследователи химической эволюции галактик.
Наконец, в ходе эволюции галактики могут менять не только состав своего вещества и соотношение звезд разного типа, но даже свою форму и морфологический тип. Это самая удивительная, грандиозная и впечатляющая эволюция, которая происходит под действием процессов, описываемых законами звездной и газовой динамики.
Изучать эволюция галактик путем наблюдений можно двумя принципиально разными способами. Первый состоит в том, чтобы детально разглядывать близкие к нам галактики — современный продукт их предшествовавшей эволюции — и по набору их нынешних свойств пытаться восстановить историю их жизни, которая привела именно к такому конечному продукту. Разумеется, этот способ модельно зависим: пытаясь теоретически воспроизвести конечный продукт, мы вынуждены манипулировать известными нам физическими механизмами эволюции и не можем угадать иные механизмы, которых просто пока не знаем. Но возможен и альтернативный подход: можно непосредственно наблюдать галактики с разными красными смещениями, которые, согласно закону Хаббла, расположены на разных расстояниях от нас и, в силу конечной скорости света, видны с разным запаздыванием во времени. Чем больше красное смещение галактики, тем в более глубоком прошлом мы ее видим, тем дальше она от нас в пространстве и, к сожалению, тем труднее ее исследовать. Но современная наблюдательная техника достигла невероятно высокой чувствительности: сейчас практически вся Вселенная просматривается большими телескопами насквозь, вплоть до эпохи, отстоящей от Большого взрыва не более чем на полмиллиарда лет. Именно в эту эпоху, по современным представлениям, галактики начали зарождаться.
Казалось бы, именно второй подход гарантирует нам прямой способ изучения эволюции галактик: поскольку мы наблюдаем их на разных стадиях эволюции, есть возможность выстроить полную эволюционную последовательность. Но на самом деле второй подход тоже модельно зависим. Глядя в глубь веков, мы не можем пронаблюдать жизненный цикл какой-то одной галактики: на разных стадиях эволюции мы наблюдаем разные галактики, причем в режиме «стоп-кадров». В масштабе галактик эволюционные процессы развиваются так медленно, что мы не замечаем изменений в каждой конкретной галактике и лишь подозреваем, что из одних, более ранних, галактик со временем получаются другие, более поздние, близкие к нам в пространстве и времени. Чтобы их отдельных «стоп-кадров» разных эпох построить непротиворечивую картину эволюции, все равно требуются предположения о механизмах эволюции. Кроме того, необходимо согласовать количество галактик-предшественников и их прямых потомков на разных красных смещениях, т. е. в разные эпохи. Поэтому наиболее продуктивный подход при восстановлении истории жизни галактик — пытаться сочетать оба метода, используя все имеющиеся наблюдательные данные.
Книга «Галактики», собранная астрономом, выдающимся лектором, редактором и человеком науки Владимиром Сурдиным, четвертая в серии. Открывала серию книга «Небо и телескоп», которая старалась помочь человеку, задирающему голову в небо не только, чтобы загадать желание на падающую звезду, понять, как устроена современная астрономия, что видят и что разглядывают, каким образом исследуют мир астрономы и астрофизики. Продолжалась серия книгой «Солнечная система», которая рассказывала о малых и больших телах, обращающихся вокруг нашей родной звезды. Третья именовалась «Звезды». В ней рассказывалось об истории исследования и классификации звезд. И, наконец, четвертая – «Галактики».
В прошлом думали, что Галактики, это гигантские скопления звезд. В 20-м веке предположили, что это скопление звезд и резервного газа. Теперь понятно, что «галактики – это сложно организованные системы из звезд, планет, диффузного межзвездного вещества разнообразного типа» (цитирую здесь Сурдина). Таким образом, способный глядеть в небо человек этими четырьмя книгами последовательно должен был бы расширять свое сознание. Если в небе и телескопе ему еще было возможно оставаться соразмерным самому себе (вот человек, вот его телескоп, вот небо, в которое он смотрит), то «Галактики» - это уже попытка представить себе непредставимое.
Надо сказать, что Сурдин, настоящий популяризатор науки, задает в этой книге очень высокий уровень разговора, но все же удерживает баланс между научным и популярным. Он умеет говорить о самых сложных и недоступных уму простого человека так, что ты на миг полностью меняешь свой взгляд, свое сознание. Кроме того, что на читателя обрушивается строй научных фактов под командованием астрономов и астрофизиков, сам Сурдин находит поэтичные отступления, которые необыкновенно оживляют его часть книги даже для конченного гуманитария. Так, например, Сурдин отмечает, что особенностью нашего изучения галактик является возможность непосредственно изучать объект таким, каков он был миллионы лет назад. Из-за того, что свет долго идет к нам из глубин Вселенной, мы не можем увидеть, каковы галактики сегодня. Но зато можем увидеть сегодня, какими они были в чрезвычайно далеком прошлом. Это как если бы, применительно к земным обстоятельствам, у нас была возможность доехать до Бородинского поля и лично увидеть, как Кутузов и Наполеон сражаются в пыли и грязи этого неказистого местечка.
Соавторы Сурдина в слове науч-поп ясно выбирают первую половину. Книга получилась в высокой степени «науч», «поп» немногие из них умеют, а иные, видимо, стыдятся. Однако, собранная Сурдиным рамка уже пробужденного в читателе интереса и дарованной надежды на то, что он все-таки сможет понять, каковы галактики, что такое звездные реки, что мы видим, когда смотрим в звездное небо, не засвеченное огнями мегаполиса, позволяет и в тех главах, которые существенно труднее для восприятия, тем не менее, находить корм для ума. Книга «Галактики» не завершает разговор об астрономии и астрофизике, но для читателя эти 4 ступени от взгляда в небеса через солнечную систему к звездам, галактикам и далее к Вселенной вздымают нас в далекие бесчеловечные холодные небеса. Может быть тернии, рассыпанные коллегами Сурдина, только украсят путь для кого-нибудь из читателей.
Другие финалисты премии:
Часть статьи не может быть отображена, пожалуйста, откройте полную версию статьи.