Текст книги "Галактики. Большой путеводитель по Вселенной"

«Звездные ясли» нашей Галактики называются IC 2944. Красный цвет, который доминирует на этой фотографии, – результат свечения ионизированного водорода. Каждый раз, когда электрон воссоединяется с ионизированным атомом (то есть атомом, у которого «оторвало» электрон при поглощении им высокоэнергетического протона, испущенного, скажем, близлежащей юной, массивной и яркой звездой), испускается свет с определенной длиной волны. Ее точная длина зависит от энергии перехода: правила квантовой механики говорят нам, что различные возможные энергетические переходы электронов в атомах различаются, как ступени на лестнице. Один из самых частых переходов в астрофизической среде, насыщенной водородом и ультрафиолетовым изучением, – H-альфа. Это изображение показывает яркие, молодые звезды, излучающие H-альфа, и темные сгустки, силуэт которых вырисовывается на красном фоне. Это глобулы Теккерея – плотные облака пыли и газа. Видимому свету туманности, которая подсвечивает глобулы, не так-то легко пройти сквозь них, поэтому они кажутся темными. Постепенно глобулы испаряются: они плещутся в океане интенсивной радиации, излучаемой этими горячими молодыми звездами, которые сжигают их пыль и рассеивают газ

В результате этой космической алхимии в составе галактик могут быть не только металлы, но и большие запасы «пыли». Пыль – общий термин, используемый для описания углеродистой и силикатной материи в виде гранул, по консистенции похожей на сигарный дым, но только более диффузный. Пыль также возникла в процессе звездной эволюции. Когда звезда умирает, либо сбрасывая внешние слои на белый карлик, либо взрываясь как сверхновая, эта пыль распространяется в межзвездное пространство. Она собирается в плотные облака в местах наиболее активного звездообразования – как действующего, так и уже закончившегося – и становится заметной, когда мы составляем большие карты Галактики в видимом излучении.

Пыль в целом не пропускает фотоны видимого излучения, которые поглощаются и рассеиваются пылевыми гранулами; точно так же было бы трудно что-то разглядеть в задымленном помещении. Лучше всего пыль поглощает и рассеивает фотоны с короткой длиной волны, то есть синий свет, так что пробиваются сквозь нее в основном фотоны «покраснее» – этот эффект называется межзвездным покраснением света. Это означает, что в регионах с высокой концентрацией пыли использование только оптического наблюдения даст нам неполное представление о происходящем, так как бо́льшая часть излучения блокируется. Этот эффект можно наблюдать на диске Млечного Пути: любой снимок с длинной выдержкой этой насыщенной звездами плоскости покажет на ней более темные пятна и завихрения. Пятна – это пыль, сконцентрированная на плоскости галактического диска и блокирующая часть света от звезд за ней. Чтобы видеть сквозь пыль, нам нужно использовать более длинные световые волны, так как они легче проходят сквозь пылевую завесу. Кроме видимого света существует также ближняя инфракрасная область (ближняя, потому что она располагается между видимым светом и средней инфракрасной областью), длина волн которой составляет от одного до нескольких микрон. Фотоны ближнего инфракрасного излучения устойчивы к поглощению пылью, так что наблюдение в этом диапазоне открывает нам еще одно окно для изучения галактик.

Туманность Лагуна – это гигантское межзвездное облако и область HII в нашей Галактике. Ее красный цвет говорит о свечении ионизированного водорода, а темные пятна вокруг выдают присутствие большого и плотного газопылевого облака. На снимке изображен регион, который в восемь раз больше размера Луны на небе. Изучая диски близлежащих звездообразующих галактик, мы нередко видим их спиральные рукава, обильно приправленные такими HII-областями, как эта

Пыль также может обладать собственным характерным свечением, нагреваясь по мере поглощения ультрафиолета и синих фотонов, излучаемых звездами. Эта «тепловая» энергия перевыпускается как инфракрасное излучение. В отличие от ближней инфракрасной области, эти фотоны отличаются значительно большей длиной волны – от 10 до 100 микрон между средней и дальней инфракрасными областями. Если посмотреть на Галактику на этих волнах, то пыль внезапно станет прозрачной, поскольку она – самый сильный излучатель таких инфракрасных фотонов. Сами звезды испускают не так много излучения на этих волнах. Некоторые из наиболее активных галактик во Вселенной – те, в которых формируется самое большое количество звезд, – также оказываются и самыми «пыльными». Пыль в них блокирует бо́льшую часть видимого света, излучаемого звездами, но переработанное инфракрасное излучение не пропускает остальной свет галактики, так что эти закрытые пылью галактики могут ярко светиться в инфракрасном диапазоне.

Продукты звездной эволюции сформировали и другие меньшие составляющие галактик – астероиды, планеты, растения и людей. Ненадолго отвлечемся: я думаю, что мало кто из астрономов будет не согласен со мной в том, что, если верить статистике, можно ожидать, что жизнь существует в тысячах разновидностей в бессчетном количестве миров в других солнечных системах, вращающихся вокруг далеких солнц как в нашей Галактике, так и в большинстве других во Вселенной. Если честно, понадобится немало аргументов, чтобы это опровергнуть. Диапазон сложности этих форм жизни простирается от клеточных организмов, обитающих в сернистом шламе на спутнике какой-нибудь далекой планеты, до самых технологически продвинутых цивилизаций, которые, возможно, уже колонизировали множество миров и даже заняли межзвездные пространства. Вероятно, было бы разумно предположить, что мы находимся на средней стадии развития. То, что с нами еще не вошла в контакт никакая другая цивилизация и мы все еще не поймали сигналы некоего развитого общества, может говорить о трудности внутригалактических коммуникаций.

Это изображение центра Млечного Пути в ближней инфракрасной области электромагнитного спектра, полученное Обзорным астрономическим телескопом видимого и инфракрасных диапазонов (англ. Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy, VISTA). Ближнее инфракрасное излучение может проходить сквозь пыль, блокирующую свет в видимом диапазоне электромагнитного спектра, что дает нам более четкую картину звезд в этом плотном, переполненном и ярко светящемся балдже Галактики. Тем не менее в некоторых местах пылевые облака настолько плотные, что даже фотоны ближней инфракрасной области не могут пройти сквозь них. Примером такого участка служат темные волокнистые структуры, окаймляющие снимок

Есть и более причудливое объяснение: вполне возможно, что политика «контакта» среди наиболее развитых цивилизаций широкого галактического сообщества очень сложна или даже что существует известная общая апатия в этом вопросе. Поверить в последнее довольно трудно, но мне нравится новелла Иэна М. Бэнкса «Последнее слово техники»[1]1
  Новелла вышла в русском переводе: Бэнкс И. М. Последнее слово техники. М.: Азбука, 2016. – Прим. пер.


[Закрыть], которая описывает политический бесконтактный сценарий взаимодействия его же «Культуры» с событиями на Земле в 1977 году. Концепция жизни где-то в нашей Галактике, да и в других тоже, – предмет увлекательный и провоцирующий размышления, но мы не будем слишком глубоко погружаться в его обсуждение. Парадокс Ферми, также известный как «Где все?», задает вопрос: почему, если Вселенная настолько обширна и изобилует обитаемыми планетами и, предположительно, разными формами жизни, мы до сих пор не зафиксировали никаких следов ни одной внеземной цивилизации? Ответим здесь решительным заявлением: мы просто допускаем, что жизнь где-то существует, как в галактике Млечный Путь, так и в других, и что варианты ее проявлений бесконечны – от простых клеточных форм до сложных, технологически развитых цивилизаций, возможности которых превосходят все, что только может представить наше воображение. Как бы там ни было, следует помнить о том, что сложные биологические системы – это продукт процесса формирования и эволюции галактик.

Увеличенное изображение центра Млечного Пути в диапазонах волн ближней инфракрасной области спектра, которые способны пройти сквозь пыль, затеняющую вид на центральное звездное население нашей Галактики в видимом свете. Этот регион переполнен звездами, и даже в этих диапазонах заметны явные следы затемнения – так, участок изображения слева вверху темнее прочих, будто на него пролили чернила

Отправляясь в путешествие

Земля купается в сиянии Вселенной, состоящем из всех видов испускаемых за всю ее историю излучений. Наша цель – исследовать хотя бы часть этого излучения и попытаться понять, откуда и как оно пришло. Именно так мы и изучаем галактики.

Космологические эксперименты в сочетании с последними моделями архитектуры и эволюции Вселенной указывают на то, что ее возраст составляет около 14 млрд лет. Эта книга посвящена не Большому взрыву или космологии (то есть свойствам

Вселенной в целом) – она, скорее, о том, что происходило во Вселенной с момента ее возникновения и что сформировало наиболее очевидную и заметную для стороннего наблюдателя характерную особенность космоса – его галактики. Во время этого путешествия мы узнаем о том, как, по нашему мнению, эти галактики появились и как протекала их эволюция, и постараемся ответить на все те вызовы и вопросы, с которыми сталкиваются внегалактические астрономы сегодня: когда сформировались первые галактики? Как растут галактики и какие физические процессы определяют их судьбу? Более того, мы немного коснемся и самого предмета современной астрономии: что она делает и как работают астрономы.

Фотография Млечного Пути, сделанная космической обсерваторией «Планк». Целью проекта «Планк» было изучение изменения космического микроволнового фона – реликтового излучения, но поскольку эта космическая обсерватория наблюдала за всем небом, она также снабжала нас детальными изображениями Млечного Пути. Этот снимок показывает в белых оттенках тонкую эмиссию пыли в нашей Галактике, в основном сосредоточенную на галактическом диске, и обнаруживает сложную морфологию пространства над и под ним (на высоких галактических широтах). Бо́льшая часть галактик содержит значительное количество пыли, образовавшейся во время формирования звезд. Эта пыль поглощает ультрафиолетовый и оптический свет, но испускает излучение в инфракрасном диапазоне спектра по мере нагревания в поле межзвездного излучения

На страницах этой книги мы познакомимся со стандартной моделью космологии, или «космологическим конкордансом». Эта модель описывает все содержание, структуру и эволюцию Вселенной и называется «Лямбда-CDM» (от англ. Lambda-Cold Dark Matter, ΛCDM). С конца 1990-х годов большинство астрономов приняли эту модель в качестве наиболее подходящей из имеющихся на сегодняшний день для объяснения результатов наблюдений за всеми свойствами Вселенной. Лямбда (Λ) относится к символу, обозначающему темную материю, которая впервые появилась в уравнениях общей теории относительности Эйнштейна как так называемая космологическая константа, а CDM обозначает холодную темную материю (точная природа темной материи не имеет особого значения для нашей истории, однако это понятие – важная ее деталь). Хотя мы описываем концепцию «Лямбда-CDM» как нашу стандартную модель космологии, и темная энергия, и темная материя находятся за пределами стандартной современной физической модели, где нам неясна их истинная природа. Это несколько обескураживающее положение, особенно в сочетании с тем фактом, что в модели «космического конкорданса» темная энергия и темная материя вместе образуют бо́льшую часть плотности энергии, а следовательно, и массы Вселенной, и привело многих критиков к концепции «Лямбда-CDM».

Я бы не хотел сейчас увязнуть в космологии, потому что эта книга все-таки посвящена только галактикам, но один тезис абсолютно безусловен: «Лямбда-CDM» – именно та модель, которая успешно описывает самый широкий комплекс собранных эмпирических данных. Конечно, природа космологической модели важна для истории галактик, но в известном смысле это отдельная проблема. Я бы хотел рассказать о том, что мы на самом деле знаем о галактиках благодаря тщательному наблюдению и анализу данных.

Описывая свет, то есть электромагнитное излучение, я говорю – и намеренно, и случайно – о частоте и длине волн света как взаимозаменяемых понятиях. Иногда это происходит в результате установившихся обычаев в том или ином разделе астрономии (например, в случае радиоастрономии и оптической астрономии), но в основном это связано с тем, что описание энергии света через его частоту ничем не отличается от того же описания в терминах длины волны: они обозначают одно и то же явление, но относятся к разным аспектам природы электромагнитного излучения. В качестве понятного примера можно представить простую модель световых волн по аналогии с волнами в океане: если вы сидите в лодочке на якоре посреди океана, по которому пробегают волны, то показателем того, как ваша лодка ныряет на волнах то вверх, то вниз, и будет частота. А расстояние между соседними гребнями и впадинами – это длина волны. Теперь вы видите, как эти два показателя связаны. Хотя волновая модель – один из способов описания процесса распространения излучения, где свет проявляется как колебания «моря» электромагнитных волн, далее я буду описывать свет в квантовой модели, где он распространяется в виде фотонов. В любом случае частота и длина волн света, будь то радиоволны, видимый свет или рентгеновское излучение, соотносятся с энергией электромагнитного излучения.

Есть два важных вопроса, которые я хотел бы обсудить в этой книге. Во-первых, во Вселенной существует множество самых разных видов галактик. Во-вторых, эти галактики не всегда были там, где находятся сейчас, и меняются по мере движения Вселенной – астрономы используют термин «эволюционируют». Разумеется, мы все еще сталкиваемся со сферами, где нам недостает знаний и понимания, и поэтому здесь необходимо обращаться к теории, построению моделей и предположений, которые мы можем сопоставить с результатами наблюдений. И я позволю себе не извиняться за то, что некоторые примеры, на которые я буду опираться по мере повествования, пристрастны и основаны на моем личном исследовательском опыте. И я с самого начала признаю, что область охвата предмета настолько глобальна, что по необходимости мне приходилось приукрашивать, упрощать или вовсе опускать какие-то темы. Но моя задача – дать вам представление о том, что значит быть астрономом, показать с практической стороны, как мы проводим измерения и эксперименты и как это привело нас к современному уровню понимания Вселенной.

И если повезет, то к концу этой книги я смогу убедить вас в том, что астрономия – это невероятно разнообразное, богатое и восхитительное пространство для исследований, и показать вам те замечательные вещи, которые мы как вид смогли узнать за изумительно короткий период нашей истории.

Глава 2
Шаг за пределы Галактики

Во Вселенной существует невероятное разнообразие видов и типов галактик, и наша – лишь одна из миллиардов. Конечно, множество из них похожи на наш спиральный Млечный Путь и построены по так называемой спиральной модели с упорядоченной структурой (гранд-дизайн; это обозначение – просто сокращенный вариант для описания сложности этих объектов) и различными уровнями. Так, есть спиральные галактики, которые имеют в центре перемычку (бар); есть маленькие, неправильные и аморфные галактики; есть галактики, сливающиеся и взаимодействующие с искаженными в результате этого процесса формами; наконец, встречаются и массивные галактики без явно выраженного ядра, при этом представляющие собой гигантское сферическое или эллиптическое скопление звезд. Такие галактики отличаются по химическому составу, содержат разные типы звезд и формируют новые звезды с разной частотой. Масса Млечного Пути за счет возникновения новых звезд каждый год увеличивается на массу нескольких Солнц; в самых активных галактиках формирование новых звезд происходит в сотни раз быстрее, чем в нашей, а в некоторых они вообще не рождаются. Расположение галактик в космическом пространстве тоже не случайно: они выстраиваются в определенные системы, структуру которым задает лежащая в основе всего мироздания гравитация. Разные типы галактик, как правило, и располагаются по-разному. Цель моего исследования – внести свой вклад в наше понимание того, почему галактики такие, какие есть, и как они появились. Почему галактик так много? Какие процессы их сформировали и как вся эта система менялась по мере развития Вселенной? Все, что нам сегодня известно, является результатом десятилетий кропотливого и терпеливого наблюдения за небом для сбора данных, позволяющих нам подобрать ключи к ответам на эти вопросы.

Изображение галактики M74 со структурой типа гранд-дизайн представляет захватывающий вид на самые разные элементы, составляющие эту спиральную галактику, расположенную исключительно удобно для наблюдений с Земли. Яркое светло-желто-оранжевое ядро сияет светом миллиардов звезд – в среднем они старше, чем синие (и более молодые) звезды, которые видны сквозь галактический диск. Пятна красного цвета, напоминающие всполохи лесных пожаров на аэрофотосъемке, показывают области HII, где формирующиеся в гигантских облаках молекулярного газа звезды ионизируют водород – точно так же, как это происходит в нашей Галактике. Сквозь диск и спиральные рукава тянутся кружева межзвездной пыли, словно темный автограф из пепла давно погибших звезд

Сердце галактики Водоворот – еще одной прекрасной спиральной галактики, которая также хорошо видна с Земли. Снимок показывает сложную структуру этих «островов Вселенной». Два спиральных рукава, отходящих от ядра, отличаются особенной яркостью из-за присутствия в них областей ионизированного водорода и густых слоев пыли. Обратите внимание на взаимосвязь расположения участков пыли и мест активного формирования звезд

Эффектный вид на спиральную галактику NGC 4921, которая входит в скопление галактик Волосы Вероники, или скопление Кома. Рукава этой галактики не так ярко выражены, как у других ее спиральных «коллег» вроде галактики Водоворот, – возможно, в силу того, что NGC 4921 не так интенсивно производит звезды в своем диске. Это может быть связано и с плотностью межзвездного скопления: часть газа, который необходим для образования звезд, была захвачена во время прохождения галактики через плотную раскаленную межгалактическую среду. Фон снимка обнаруживает несчетное количество дальних галактик самых разных типов: они кажутся гораздо меньше и бледнее, чем NGC 4921

Галактика Черный Глаз, или М64, – пример особенно переполненной пылью спиральной галактики, на что указывает толстая полоса в ее центре, блокирующая бо́льшую часть звездного света

NGC 1300 – спиральная галактика с перемычкой. Яркие спиральные ветви, начинающиеся на концах линейной структуры перемычки, светятся из-за присутствия в них молодых горячих синих звезд и областей звездообразования, центральная часть которых заметно краснее, а значит, звездная популяция здесь в среднем более зрелая. В самом центре галактики видна еще одна спиральная структура, представляющая собой активное ядро галактики с газом и звездами, где также происходит процесс формирования звезд. Структура с перемычкой отчасти отвечает за движение газа и звезд от диска к центру галактики, поскольку она перераспределяет момент импульса. В некоторых галактиках перемычка важна и при формировании балджей

NGC 5584 – флокуляционная спиральная галактика, сияющая новыми молодыми синими звездами, которые образуют скопления по всему диску. У таких галактик спиральная структура менее выражена, чем у галактик типа гранд-дизайн: как и в случае с NGC 5584, для них характерна комковатая, почти диффузная структура, хотя общие черты с морфологией спиральной структуры все еще видны

Центральный регион спиральной галактики NGC 2841, чье яркое гладкое желто-оранжевое ядро красиво контрастирует с извилистыми спиральными рукавами, покрытыми «татуировками» из пыли и испещренными здесь и там синими кластерами новых звезд. Как наблюдатели, мы прикованы к точке внутри диска схожей с NGC 2841. Галактики, откуда смотрим сквозь звезды, газ и пыль на Вселенную, простирающуюся за пределами нашего места обитания

Снимок, сделанный в ближнем инфракрасном диапазоне, показывает спиральную галактику с перемычкой NGC 1365. Формирование перемычки происходит в результате гравитационных возмущений в общем вращении галактического диска, что приводит к удлинению орбит некоторых звезд, за счет чего формируется перемычка. Около двух третей спиральных галактик, известных нам сегодня, содержат перемычки – в том числе и наша

Более масштабный вид на галактику Водоворот (М51). Большая спиральная галактика взаимодействует с маленькой и неправильной, которую можно увидеть на конце одного из спиральных рукавов. Гравитационное воздействие этого маленького компаньона, который, что вполне возможно, прошел через диск М51, повлияло на спиральный рукав большой галактики. Его очертания очень хорошо видны на этом снимке и сияют из-за света новых звезд и областей HII

Совершенно очевидно, что существует что-то, что объединяет самые разные элементы галактик: они все излучают свет – в той или иной форме – или, в некоторых случаях, блокируют его. Если мы определим эти виды излучения или обнаружим «отсутствие» света, то вслед за этим сможем составить карту как нашей, так и других галактик и разложить их на составные элементы. Именно так мы и изучаем Вселенную: мы не можем самолично наблюдать или собственноручно измерять материю и вынуждены полностью полагаться на обнаружение фотонов, которые были излучены, поглощены или отражены, ну или зафиксировать, что мы их не нашли.

Если задуматься, тот же принцип работает и в повседневной жизни: прежде чем прикоснуться к чему-то, вы должны либо увидеть, либо услышать это, чтобы узнать, что этот предмет здесь есть. Что касается зрения, то вы видите фотоны, которые были либо напрямую излучены объектом, например лампочкой, либо отражены от какого-то объекта. Эти лучи попадают на сетчатку глаза, как, скажем, когда пылинки рассеивают солнечные лучи или вы видите свое отражение в зеркале. Или, если речь идет о слуховом восприятии, объект должен каким-то образом вызвать колебания воздуха. Например, жужжащее насекомое рассекает воздух своими крылышками и создает ударные волны, которые достигают вашего уха, создают колебания барабанной перепонки и трансформируются в звуки в вашем мозге. В обоих случаях вы, по сути, не вступаете в физический контакт с объектом, но можете узнать что-то о его свойствах благодаря передаваемому излучению. Например, мне не нужно прикасаться к траве, чтобы сказать, что трава зеленая, и таким образом узнать что-то о ее биологии.

Мы начали изучение космоса, используя только свои глаза, и лишь со временем смогли дополнить наш инструментарий телескопами. Наши глаза воспринимают излучение довольно узкого диапазона энергий, или частот, которые мы видим как цвет. Диапазон этих частот примерно соответствует пиковому диапазону электромагнитного излучения, которое испускается Солнцем и достигает поверхности Земли. И это не просто биологическое совпадение: наши глаза эволюционировали так, чтобы мы могли «видеть» это излучение, что стало мощным преимуществом. Но видимый свет – это лишь малая часть непрерывного электромагнитного диапазона излучения, испускаемого в результате различных процессов, происходящих во всей Вселенной. Мы уже знаем, как можно использовать свет с чуть более длинными волнами, чем воспринимают наши глаза, – например, чтобы пробиться через барьер межзвездной пыли. Развитие нашего инструментария достигло той ступени, когда мы можем присоединять к телескопам оборудование, позволяющее обнаруживать излучение по всему спектру – от гамма-и рентгеновских лучей (с очень высокой частотой и энергией) до радиоволн (с низкой частотой и энергией). Галактики испускают фотоны самых разных видов – как мы узнаем далее, только измеряя их все, мы можем быть уверенными, что проводим полную «перепись» астрофизики, управляющей природой галактик.

Как эмпирическая наука астрономия очень необычна, потому что мы не можем проводить контролируемые эксперименты так же, как это делают ученые в лабораториях. Наоборот, занимая ту ограниченно удобную позицию, ту точку во Вселенной, которую мы называем Землей, все, что мы можем, – это просто выглядывать наружу и улавливать как можно больше излучений. В них закодирована вся история Вселенной. Астрономия в чем-то схожа с археологией. Археологи не могут просто спросить Юлия Цезаря, что он ел на завтрак, – эту информацию необходимо искать в других источниках. Конечно, параллели немного глубже, чем завтрак Цезаря. Как и археологи, устремляющие свой взгляд в прошлое Земли, астрономы вглядываются в глубокий космос. Причина этого кроется в том, что расстояния между другими галактиками и нами настолько огромны, что свет оттуда идет сюда довольно значительное время. Отсюда и появилась такая временна́я единица, как световой год – расстояние, которое свет преодолевает за один год.

NGC 4710 в скоплении Волосы Вероники – пример спиральной галактики, которая видна с ребра. Это положение позволяет нам оценить типичную плотность диска и круглого центрального балджа. Как и для большинства спиральных галактик, для NGC 4710 характерно сосредоточение четкой пылевой линии, сконцентрированной в середине галактической плоскости, затемняющей и делающей более красными ее центральные области, – этот эффект мы можем наблюдать и в нашей Галактике. Тем не менее выпуклый желтоватый звездный балдж в центре диска хорошо виден, так же как и звездная «оболочка», которая создает размытое белое сияние вокруг балджа и диска

Услышав раскаты грома, вы воспринимаете звук, который раздался несколько секунд назад, когда вы увидели молнию. Точно так же, смотря на галактики, мы видим их такими, какими они были в момент испускания этого света, что могло происходить миллиарды лет назад – настолько беспредельны расстояния в космосе. То же можно сказать и о Солнце: оно настолько далеко от нас, что свету требуется восемь минут, чтобы пересечь внутреннюю Солнечную систему на пути к Земле. Поэтому когда вы смотрите на Солнце (защитив свои глаза подходящим экраном, конечно же), вы видите его таким, каким оно было около 10 минут назад, а когда смотрите на Луну – видите то, что было примерно секунду назад. Разумеется, свету необходимо определенное время, чтобы пересечь то или иное расстояние, поэтому временна́я задержка применима и к повседневной жизни – просто скорость света по сравнению с человеческой шкалой расстояний настолько велика, что мы даже не замечаем разницы.

М104, или галактика Сомбреро, – одна из самых знаменитых на нашем небе. Все дело в характерной морфологии: у нее почти эллиптический ровный звездный балдж и очень четко очерченный диск с полосой из темного пылевого вещества. Галактика Сомбреро повернута к нам почти ребром, но диск слегка наклонен в нашу сторону

Эта временна́я задержка – очень удобный инструмент для астрономов: в сущности, просто глядя на далекие галактики, мы можем увидеть, что происходит (или, скорее, происходило) в ранней Вселенной. Мы буквально открыли окно в прошлое. Цель внегалактической астрономии – не только аудит содержимого Вселенной, но и изучение того, как оно изменялось, а также построение физической модели, которая позволит все это понять. Но как именно астрономия это делает?

На этом снимке, полученном при помощи телескопа «Хаббл», видна линзовидная галактика Веретено. Удлиненная полоса белого сияния возникает благодаря свету миллиардов звезд, бо́льшая часть которых расположена в балдже, доминирующем в этой галактике. Мощные пылевые полосы на центральной плоскости диска практически полностью затемняют свечение позади себя. Линзовидные галактики обычно пассивны – в них больше не рождаются новые звезды, – так что пыль возникла в более ранний период существования галактики, когда здесь еще шел активный процесс формирования звезд. Таким образом, эта пылевая завеса дает нам ключи к минувшим этапам эволюции Веретена. Процесс формирования линзовидных галактик пока еще не до конца понят, но существует вероятность, что они образовались из массивных спиральных галактик определенного типа

На этом снимке в видимом свете изображена еще одна знаменитая галактика – массивный эллиптический Центавр A. Мощная темная пылевая полоса сложной структуры пересекает галактику, что видно по обращенной к нам стороне

На этом снимке крупным планом представлен центр галактики Центавр A, обильно «засыпанный» межзвездной пылью, сквозь которую видно мерцание новых голубых звезд и областей HII. Центавр А – активная галактика, в которой идут процессы звездообразования и роста сверхмассивной черной дыры

На протяжении всей истории наблюдательной астрономии, практически без исключений, ее предмет был одним и тем же – сбор фотонов. Мы – охотники за светом, а эти фотоны – наша единственная прямая связь с дальней Вселенной, ведь их путешествие к Земле от далекой звезды или газового облака заняло, возможно, миллиарды лет. Они практически не встречают препятствий на своем пути, лишь изредка поглощаясь и вновь излучаясь, трансформируясь или отражаясь. В этом плотном потоке света закодирована информация, которую мы должны изучить, чтобы познать историю космоса. К сожалению, учитывая колоссальный размер разделяющего нас расстояния, количество той энергии, которая доходит до Земли из любой галактики, невероятно мало. Чем дальше мы пытаемся, тем сложнее это становится: галактики выглядят все меньше, бледнее, и их труднее обнаружить. Что еще хуже, те мельчайшие сигналы – небольшие порции света, засекаемые нашими детекторами и представляющие собой ничтожную каплю в океане всего излучения, – которые все-таки достигают пределов Земли, тонут вкипящем море электромагнитного шума как естественного, так и искусственного происхождения: от солнечного света, уличных огней, радиопередач и поглощения и повторного испускания инфракрасного излучения каплями воды и водяным паром в атмосфере.

Эллиптическая галактика NGC 1132 отлично иллюстрирует тезис о безупречной сферической форме массивных древних галактик. Эллиптические галактики, как правило, пассивны: они прошли период сборки своей звездной массы в более раннюю эпоху Вселенной, когда интенсивность процесса формирования галактик была значительно выше. Как правило, эллиптические галактики обнаруживаются в самом плотном окружении – звездных группах и скоплениях – и, скорее всего, прошли через период активных слияний в прошлом. Вокруг NGC 1132 можно увидеть тысячи шаровых звездных скоплений, которые маленькими световыми точками окружают звездное свечение галактики. Как и всегда, фон снимка полон еще более далеких галактик – тех самых «городов», оставшихся за пределами нашего видения