Дмитрий Вибе: Галактика кирпичом

Мир галактик поражает причудливостью форм: от незатейливых прямоугольников до кружева спиральных рукавов. Cтранно, что для обозначения столь разных объектов используется одно и то же слово.

Среди прочих астрономических новостей последнего времени видное место принадлежит прямоугольной галактике. Система сама по себе необычная, но не особенно. У галактик различных типов "ящикообразные" (boxy) изофоты (линии равной поверхностной яркости) встречаются не так уж редко. Считается, что подобная угловатость возникает в результате слияния галактик, а эти события во Вселенной не исключение, а, скорее, правило (хотя в пресс-релизе и присутствует в мягкой форме традиционное "shouldn't exist"). Так что, если галактике LEDA 074886 и присуща некоторая уникальность, то заключается она не столько в её форме, сколько в сочетании формы с другими свойствами, в частности с наличием внутреннего звёздного диска.

Но интересно другое: галактика "изумрудной огранки" по виду и прочим характеристикам даже близко не напоминает гигантскую спиральную звёздную систему, которая дала жизнь термину "галактика". Строго говоря, изначально слово "галактика" вообще было не термином, а именем собственным, обозначавшим шикарную белёсую полосу, которая перечёркивает всё звёздное небо. Греческая мифология связывает её происхождение с молоком, брызнувшим из груди богини Геры во время попытки кормления Геракла, и слово "галактика" родственно, например, словам "лактоза" или "лактация".

Со времён Галилея известно, что Галактика есть "эклиптика для звёзд", то есть проекция на небосвод гигантской плоской звёздной системы, членом которой является Солнце. Мысль о том, что таких "звёздных островов" во Вселенной должно быть множество, посещала умы на протяжении столетий, но научный фундамент под ней появился лишь в начале XX века, когда удалось различить в Туманности Андромеды отдельные звёзды. По ним было определено расстояние до Туманности Андромеды, и оно заведомо превысило самые смелые оценки размеров Галактики. К середине 1920-х годов была доказана внегалактическая природа и многих других туманностей.

Первоначально они так и назывались - внегалактические туманности. Со временем для них стал повсеместно использоваться термин "галактики", с тем отличием, что наша Галактика пишется с большой буквы, а остальные — с маленькой. Галактики казались естественной следующей ступенью иерархии самогравитирующих систем: одиночные и кратные звёзды, рассеянные звёздные скопления (сотни и тысячи звёзд), шаровые звёздные скопления (сотни тысяч звёзд), галактики (миллиарды звёзд), и далее, к группам и скоплениям галактик.

Со временем наблюдательные инструменты и методики совершенствовались, что позволило открывать всё более мелкие и (или) тусклые галактики. Появилось множество классов карликовых галактик — эллиптические карлики, сфероидальные карлики, синие компактные карлики, неправильные карлики, ультракомпактные карлики, приливные карлики... Похоже на классификацию драконов из "31 июня" Пристли: мечехвостый, копьехвостый, рогохвостый, рыбохвостый, свирепый исполинский винтохвостый...

С позиций классификации важно, что чем мощнее наши телескопы, тем сильнее население карликовых галактик перекрывается с населением шаровых скоплений. И тем очевиднее встаёт вопрос несовершенства терминологии, подобный тому, что в начале 2000-х годов встал перед людьми, желающими корректно использовать термин "планета".

Конечно, проблема с галактиками не такая животрепещущая, как проблема с планетами. Одно дело — решать, восемь или девять планет в Солнечной системе. Другое дело - галактики, которых, хоть так их определи, хоть эдак, всё равно неисчислимое множество. Тем не менее галактика - один из фундаментальных объектов Вселенной, и понимание того, что мы, оказывается, не можем толком сказать, что это такое, приводит к некоторому дискомфорту. В результате в астрономической литературе нет-нет да и появятся рассуждения на эту тему.

Последнее опубликовано в архиве препринтов в середине марта. Авторы - Бет Уиллман и Джей Стрейдер - считают, что в определении галактики важно уйти от каких-то численных ограничений. Потому что как только ты решишь называть галактикой всё, что имеет диаметр больше, скажем, ста парсеков, как тут же открывают нечто меньшего размера, что тоже, вроде бы, должно относиться к галактикам. Уиллман и Стрейдер предлагают такое определение: галактикой называется гравитационно связанная группа звёзд, свойства которой не могут быть описаны сочетанием барионного вещества и ньютоновской гравитации.

Казалось бы, с первой частью всё относительно понятно. Настоящая галактика состоит из звёзд, которые удерживаются от разлёта силами тяготения. Тут, правда, есть потенциальные эволюционные шероховатости. Изначально в галактике (в частности, в Галактике) звёзд нет; она состоит только из газа, который постепенно переходит в звёзды в процессе эволюции системы. Стало быть, галактика становится галактикой не сразу, а постепенно. Но на это, в конце концов, можно закрыть глаза. Над моментом перехода не-галактики в галактику должны были ломать голову цивилизации, жившие миллиарды лет назад, а сейчас в большинстве галактик доминируют именно звёзды, а не газ.

Со второй частью несколько сложнее. Уиллман и Стрейдеру кажется некорректным отличать галактики от скоплений по наличию тёмного вещества, поскольку его пока никто не видел, поэтому они предлагают более осторожную формулировку. Массу звёздной группировки можно оценить двумя способами - по суммарной светимости звёзд и по скоростям их движения (предполагая, что группировка находится в динамическом равновесии и звёзды движутся по законам ньютоновской гравитации). Первая оценка даёт массу видимого, барионного вещества, вторая - "гравитационную" массу. Если обе оценки примерно совпали, значит, система описывается сочетанием видимых барионов и закона всемирного тяготения и на галактику не тянет.

А вот если гравитационная масса оказалась больше массы видимого вещества, объект следует считать галактикой! Хотя даже сами авторы признают, что во многих случаях этот критерий может оказаться обманчивым. В частности, оценка гравитационной массы справедлива лишь для систем, в которых движение звёзд "устаканилось", пришло в равновесие с собственным гравитационным полем системы. А если система в недалёком прошлом прошла через какой-то катаклизм, о котором мы не знаем, например, испытала тесное сближение или столкновение с другой системой? Звёзды в ней будут двигаться быстрее, чем при равновесии, и оценка гравитационной массы окажется сильно завышенной.

Кроме того, скорости звёзд очень трудно измерить, поэтому иногда предлагается косвенный критерий: наличие звёзд нескольких поколений. В маломассивных скоплениях первый эпизод звёздообразования оказывался и последним, поскольку первые же вспышки сверхновых выбрасывали из скопления остатки газа, не вошедшего в звёзды. В более массивных галактиках часть газа сохранялась после первого эпизода и становилась сырьём для последующих вспышек звёздообразования. По этому критерию в галактики пришлось бы переквалифицировать самое массивное шаровое скопление в нашей Галактике - Омега Центавра. Но его гравитационная масса согласуется с видимой, как положено как раз скоплению!

Ещё одна близкая система, которую по наличию нескольких поколений звёзд следует отнести к галактикам, - Willman 1 (по имени Бет Уиллман). Но какая же это галактика?! Это недоразумение, светимость которого лишь в несколько сотен раз превосходит светимость Солнца. По всей видимости, в данном случае мы наблюдаем не полноценную галактику, а руины, оставшиеся на месте некогда существовавшей "нормальной" галактики. Но нужно ли называть систему галактикой только за то, что в каком-то далёком прошлом она и на самом деле ею была? Пока же получается, что мы одним и тем же термином обозначаем даже не группы, а группки из нескольких тысяч звёзд и системы-монстры, количество звёзд в которых исчисляется триллионами.

Может показаться, что это не такая уж большая проблема. Мы же не мучаемся сомнениями, называя деревом и стометровую секвойю, и саженец яблони. (Правда, даже скромная ромашка и секвойя различаются по массе в меньшее количество раз, чем самая большая и самая маленькая галактика.) Но за поисками корректного определения скрывается не просто желание разложить всё по полочкам, а желание разделить два (или более) кардинально различных пути образования структур во Вселенной.