Космос: Эволюция Вселенной, жизни и цивилизации - Карл Саган

По мере продолжения гравитационного коллапса зародыши галактик вращались все быстрее, подчиняясь закону сохранения углового момента. Некоторые из них сплющивались по оси вращения, вдоль которой центробежная сила не уравновешивала гравитацию. Они стали первыми спиральными галактиками, огромными шутихами в открытом космосе. Другие протогалактики с более слабой гравитацией или меньшим начальным моментом импульса сплющились очень незначительно и стали первыми эллиптическими галактиками. По всей Вселенной галактики настолько похожи друг на друга, будто сделаны по одному шаблону, потому что простые законы природы — всемирное тяготение и сохранение углового момента — действуют во всем мировом пространстве. Та же физика, которая в земном микрокосме определяет движение падающего тела или вираж конькобежца, создает галактики в макрокосме Вселенной.

В нарождающихся галактиках облака гораздо меньшего размера также переживали гравитационный коллапс; температура внутри них возрастала, начинались термоядерные реакции и вспыхивали первые звезды. Горячие массивные молодые звезды, беззаботно расточая запасы водородного топлива, быстро эволюционировали и вскоре заканчивали свою жизнь в великолепных вспышках сверхновых, возвращая термоядерный пепел — гелий, углерод, кислород и более тяжелые элементы — в состав межзвездного газа, из которого появлялись новые поколения звезд. Первые массивные звезды, вспыхивая сверхновыми, порождали череду накладывающихся друг на друга ударных волн в окружающем газе, сжимая межгалактическую среду и ускоряя образование скоплений галактик. Гравитация не упускает случая усиливать даже незначительные конденсации вещества. Ударные волны сверхновых могли увеличить интенсивность аккреции вещества в любом масштабе. Началась эпопея космической эволюции, породившая из газа, оставшегося после Большого Взрыва, иерархию конденсаций материи: скопления галактик, галактики, звезды, планеты и, наконец, жизнь и разум, способный в общих чертах понять тот изящный процесс, который привел к его возникновению.

Сегодняшняя Вселенная заполнена скоплениями галактик. Некоторые из них совсем не велики, всего-то несколько десятков галактик. Так называемая Местная Группа включает только две большие галактики, обе спиральные — Млечный Путь и М31. Другие скопления содержат несметные орды из тысяч галактик, связанных взаимными гравитационными узами. По некоторым признакам скопление в созвездии Девы содержит десятки тысяч галактик[182].

В самом крупном масштабе мы живем во Вселенной галактик, которая, вероятно, содержит сотни миллиардов изысканных образцов космического созидания и разрушения, в равной мере обнаруживающих и порядок, и хаос. Это обычные спирали, под разными углами повернутые к лучу нашего зрения (некоторые плашмя, так что нам видны спиральные рукава, другие ребром, демонстрируя центральную полосу газа и пыли, где эти рукава формируются); пересеченные спирали, в которых через центр проходит поток газа, пыли и звезд, соединяющий спиральные рукава с противоположных сторон; огромные, величественные эллиптические галактики, содержащие более триллиона звезд и выросшие до таких размеров за счет поглощения других галактик и слияния с ними; изобилие карликовых эллиптических галактик — галактической мошки, где насчитывается каких-то несколько миллионов солнц; поразительное разнообразие загадочных неправильных форм, указывающих, что и в мире галактик случаются какие-то зловещие нарушения; галактики, обращающиеся одна вокруг другой столь близко, что их края изгибаются под действием взаимного тяготения, а иногда возникают вытянутые гравитацией длинные выбросы из газа и звезд, мосты между галактиками.

В некоторых скоплениях галактики подчиняются незатейливой сферической геометрии; здесь встречаются преимущественно эллиптические галактики, среди которых часто доминирует одна гигантская эллиптическая — предположительно галактический каннибал. Другие скопления, чья геометрия гораздо более беспорядочна, содержат значительно больше спиральных и неправильных галактик. Столкновения галактик искажают форму изначально сферического скопления и могут также привести к образованию спиральных и неправильных галактик из эллиптических. Форма и распространенность различных галактик способны поведать историю древних событий, происходивших в самом большом из возможных масштабов, историю, которую мы только начали читать.

Развитие высокопроизводительных компьютеров сделало возможным численное моделирование совокупного движения тысяч и десятков тысяч точек, каждая из которых представляет собой звезду, находящуюся под воздействием тяготения всех остальных точек. В некоторых случаях спиральные рукава самопроизвольно образуются в галактике, которая уже сплющилась в диск. Изредка они могут появиться в результате гравитационного взаимодействия двух сблизившихся галактик, каждая из которых содержит миллиарды звезд. Облака газа и пыли, рассеянные в таких галактиках, сталкиваются и нагреваются. Но звезды двух сталкивающихся галактик без труда избегают столкновения, как пули, пролетающие сквозь пчелиный рой, поскольку галактики в основном состоят из пустоты и звезды разделены огромными пустыми пространствами. Тем не менее форма галактик может очень сильно исказиться. Прямое столкновение способно опустошить галактики, разбросав составляющие их звезды по межгалактическому пространству. Когда небольшая галактика пролетает перпендикулярно через центр более крупной, возможно образование редкой и самой восхитительной среди неправильных галактик — кольца поперечником тысячи световых лет, брошейного на бархате межгалактического пространства. Это своего рода всплеск в галактическом водоеме, временная конфигурация потревоженных звезд, галактика, у которой вырвана центральная часть.

Бесформенные кляксы неправильных галактик, рукава спиральных галактик, бублики кольцевых существуют лишь в течение нескольких кадров космического кино, а затем рассеиваются, часто с тем чтобы вскоре образоваться вновь. Наше восприятие галактик как скучных неподвижных объектов ошибочно. Это текучие образования из сотен миллиардов звездных компонентов. Подобно человеческому телу, состоящему из 100 триллионов клеток, галактики находятся в динамическом равновесии между синтезом и распадом и представляют собой нечто большее, нежели сумму их частей.

Среди галактик высок уровень самоубийств. Ближайшие примеры тому можно найти на расстоянии десятков или сотен миллионов световых лет. Это мощные источники рентгеновского, инфракрасного и радиоизлучения, чьи ядра имеют огромную светимость, испытывающую колебания в масштабе нескольких недель. У некоторых обнаруживаются направленные потоки излучения, выбросы протяженностью в тысячи световых лет, пылевые диски и другие признаки смятения. Это саморазрушающиеся галактики. В ядрах таких гигантских эллиптических галактик, как NGC 6251 и М87, возможно, находятся черные дыры массой от миллионов до миллиардов масс Солнца. Внутри М87 гудит нечто очень массивное, чрезвычайно плотное и крайне маленькое — размером меньше Солнечной системы. Отсюда и был сделан вывод о черной дыре. В миллиардах световых лет от нас есть еще более беспокойные объекты — квазары, которые могут представлять собой колоссальные взрывы молодых галактик, самые катастрофические события в истории Вселенной после Большого Взрыва.

Слово quasar (квазар) является аббревиатурой английского словосочетания quasi-stellar radio source (квазизвездный радиоисточник). Когда стало ясно, что не все из них в действительности мощные источники радиоизлучения, их стали называть QSO (quasi-stellar objects — квазизвездные объекты). Поскольку внешне они похожи на звезды, то первоначально их и считали звездами, находящимися в нашей Галактике. Однако спектроскопические измерения их красных смещений (см. ниже) указывают на колоссальную удаленность. Похоже, что они в полной мере участвуют в расширении Вселенной, а некоторые из них удаляются от нас со скоростью более 90 процентов скорости света. Чтобы оставаться видимыми на таком большом расстоянии, они должны обладать чрезвычайно высокой светимостью; есть среди них такие, мощность которых соответствует тысяче одновременно вспыхнувших сверхновых. Так же как и в случае с объектом Лебедь Х-1, их быстрые флуктуации указывают на то, что все их невероятно мощное излучение исходит из очень маленького объема, по размерам уступающего Солнечной системе. Столь высоким энерговыделением квазар должен быть обязан какому-то удивительному процессу. Среди предлагавшихся объяснений: 1) квазары — это гигантские пульсары, то есть быстро вращающиеся сверхмассивные ядра с вмороженным в них сильным магнитным полем; 2) квазары обязаны своим появлением тому, что среди миллионов звезд, плотно упакованных в ядре галактики, происходят многочисленные столкновения, которые срывают внешние слои и обнажают разогретые до миллиардов градусов недра массивных звезд; 3) связанная с предыдущей идея о том, что квазары — это галактики, в которых звезды располагаются столь тесно, что когда одна из них вспыхивает как сверхновая, то она сдувает с соседних внешние слои, превращая их в сверхновые и вызывая что-то вроде звездной цепной реакции; 4) энергетика квазаров обеспечивается разрушительной аннигиляцией вещества с антивеществом, которое каким-то образом сохранилось в квазарах до наших дней; 5) квазары излучают за счет энергии, высвобождаемой, когда газ, пыль и звезды засасываются в ядре галактики в огромную черную дыру, которая сама образовалась в результате столкновений и слияний черных дыр меньшего размера; 6) квазары — это «белые дыры», обратная сторона черных дыр, через которые выбрасывается материя, затянутая многочисленными черными дырами в других частях Вселенной и даже в других вселенных.