Магнитные поля в галактиках

Магнитные поля в галактиках

В 1945 году известный уже нам английский астроном Ф. Хойл опубликовал свою гипотезу, согласно которой диффузная первоматерия Галактики сконцентрировалась под воздействием магнитного поля в два рукава, отходящие от центральной части, располагающиеся вдоль магнитных силовых линий. Вращение закрутило их в спираль, и с тех пор магнитное поле Галактики удерживает разреженное газообразное вещество в спиральных рукавах. Но на звезды сил его не хватает. И потому звезды все время выходят из рукавов, заполняя пространство между ними.

Если принять гипотезу Ф. Хойла, то в спиралях должны находиться молодые звезды, а в промежутках — старые. Интересно отметить, что наблюдения полностью подтвердили этот вывод. Правда, тут довольно трудно точно определить первородство: что было раньше — теория, которую подтвердили наблюдения, или результаты наблюдений, под которые подвели теорию.

Коллеги Ф. Хойла астрономы X. Бонди и Т. Голд предложили свою версию образования спиральных рукавов из межзвездного газа, захваченного Галактикой в ее странствиях по межгалактическим просторам. Но это все частности. А главное, надо было сначала доказать, что в Галактике вообще существует магнитное поле. Ведь ни наблюдать, ни тем более измерить его пока никому не удавалось. А вдруг его вообще не существует? Впрочем, кто ищет, тот всегда что-нибудь да находит.

Сначала два астронома: один в Советском Союзе — В. Домбровский, а другой в Соединенных Штатах — В. Хильтнер обнаруживают любопытное явление: свет от звезд, проходя по лучу зрения, то есть по линии звезда — глаз наблюдателя, оказывается поляризованным. И чем больше на пути луча света темной материи, тем выше степень его поляризации. «Почему бы это? — рассуждали астрофизики. — Что из того, что темная материя задерживает лучи? Она должна просто ослаблять их, а не поляризовать!..»

Единственное объяснение, до которого додумались специалисты, заключалось в предположении, что темная материя состоит из скопления длинненьких остреньких, как иголочки, пылинок. Под действием магнитного поля пылинки одинаково ориентируются в пространстве и… поляризуют свет.

М-да, так себе объяснение, прямо скажем. Не больно-то убедительное, но попробуйте подыскать лучше. Во всяком случае, косвенное подтверждение существования магнитных полей в Галактике есть!

Позже, когда обнаружили мощные взрывы в ядрах галактик, а в нашей собственной нашли источники радиоизлучения и поток тяжелых элементарных частиц, стало возможным считать, что существование магнитного поля в Галактике и галактиках доказано окончательно. Не будь его сдерживающих сил, все частицы давным-давно разлетелись бы в межгалактическом пространстве.

В 1964 году на XII съезде Международного астрономического союза профессор Ян Оорт (Голландия) прочел весьма любопытный доклад «Строение и эволюция галактической системы». Касаясь поведения заряженных частиц, докладчик сказал: «Их скорость (имеются в виду космические лучи. — А. Т.) так велика, что если бы они не удерживались магнитными полями, то покинули бы систему за время порядка 100 тысяч лет». Я. Оорт говорит о значении магнитных полей в «жизни» звездной системы уже как о само собой разумеющемся факте.

Правда, он тут же сокрушается, что пока роль, которую играют эти поля в динамике межзвездного газа, совершенно неясна. Голландский профессор вообще считает, что «в данный момент мы, как кажется, знаем больше о том, чего нельзя объяснить, чем о том, что положительного они (магнитные поля. — А. Т.) дают для понимания сложных явлений, наблюдаемых в этом газе».

Опираясь на неоднородность наблюдаемого распределения плотности вещества в обозримом пространстве, Я. Оорт считает, что галактики «образовались из неоднородностей в расширяющейся вселенной». Эти неоднородности могли расширяться только до определенной стадии. Пока не набрали необходимой массы и не стали под действием собственной гравитации сжиматься. Дальше тип образующейся галактики зависел уже от величины углового момента протогалактики.

При быстром вращении центробежные силы не позволяли диффузному веществу сгуститься плотно. Его оставалось довольно много во внешних областях, и галактика получалась спиральной.

При медленном вращении первоначальной неоднородности галактика получалась эллиптической. Именно в данном последнем типе образования имелись возможности для перехода всего вещества в звезды. Это был важный вывод, потому что, как обнаружил Б. Кукаркин, только спиральные галактики богаты диффузным веществом; в эллиптических его не наблюдается совсем. Эллиптические галактики состоят из одних звезд. Я. Оорт считает, что первичные звезды образовывались в галактике сначала совершенно хаотично. Под действием начальных неоднородностей гравитационного поля они многократно перемешивались и лишь постепенно, под действием сил взаимного притяжения, собирались к центру.

Это предположение хорошо согласовывалось с наблюдениями. Действительно, ведь сферической составляющей звездного населения являются старые звезды. Часть оставшегося газа, не сконцентрировавшегося в звезды на раннем этапе, образовала скорее всего в плоскости Галактики тонкий диск с более плотной концентрацией к центру. Здесь тоже стали образовываться звезды. Сначала в ядре, где газ был плотнее, а потом и на периферии.

Постепенно процесс звездообразования замедлялся. Конечно, не исключено, что он, может, продолжается и сейчас. Но скорость его должна быть чрезвычайно малой.

И опять предполагаемый механизм подтверждается результатами наблюдений. В ядре Галактики звезды постарше, а совсем молодые, образовавшиеся во второй период эволюции, распределялись в спиральных рукавах.

Теперь становится понятным, почему все звезды, родившиеся из газа, который собрался в плоский диск, соответствуют наблюдаемому в Галактике населению одного только первого типа.

Отныне сомнений в том, что магнитные поля у галактик есть, ни у кого не возникало. Прониклись космогонисты уважением и к роли магнитных сил в процессах эволюции. Вот если бы еще понять, откуда магнитные поля взялись.

Тут придется еще вернуться к гипотезе Ф. Хойла. Некогда он высказался в общем виде о том, что, дескать, магнитное поле галактики — это общее межгалактическое магнитное поле, усиленное сжатием диффузного вещества при его конденсации, а затем закрученное вращением образовавшихся галактик. Эту идею подхватили и разработали московский астрофизик Н. Кардашев и английский радиоастроном Дж. Пиддингтон. У них получалось, что звездные системы уже рождаются с готовым магнитным полем.

Затем советский физик С. Пикельнер, используя аппарат космической электродинамики, попытался нарисовать картину образования спиральных рукавов. Получилось неплохо. Более того, сквозь контуры предварительного чертежа стала проглядывать новая магнитно-гравитационная гипотеза. Она содержала смелые решения, много интересных выводов, но и только: количественно концы с концами не сходились. Для поддержания спиральных рукавов магнитные поля должны были быть гораздо более сильными, чем те, которые существуют в галактиках. «Мы, кажется, начинаем понимать кое-что в основных чертах распределения и движения звезд и даже чувствуем, что имеем некоторый набросок картины того, как могла возникнуть и эволюционировать наша звездная система. Кроме того, мы можем понять, почему межзвездный газ концентрируется в тонкий слой и почему этот слой вращается. Но на этом кончается наше понимание поведения газовой составляющей Галактики.

Мы не понимаем ни происхождения ее спиральной структуры, ни даже того, каким образом эта структура может сохраняться.

Мы не знаем причин движения газа прочь от ядра в центральных областях и не знаем, почему плотность газа так низка вблизи 4 кпс от центра.

Мы не знаем, почему в быстро вращающемся диске ядра вещество, по-видимому, находится в состоянии, отличном от того, которое мы встречаем в других местах.

Мы не знаем также, почему этот диск имеет исключительно резкую внешнюю границу.

Мы не знаем, ни из чего состоит галактическая корона, ни того, как надо интерпретировать удивительные систематические движения газа вне галактической плоскости… Мы как будто еще стоим на пороге мира, в котором видим чудесные явления, но не можем их понять».

Этими словами профессор Я. Оорт заключил не только свой доклад, но и представления науки 60-х годов о роли магнитных полей в деле эволюции нашей Галактики, а значит, и других звездных архипелагов. Действительно, стоит взглянуть на фотографию какой-нибудь галактики, как сразу видно, что спиральные рукава охватывают ядро не более чем в полтора оборота. А почему не больше? По расчетам, они должны бы закручиваться куда сильнее. Более того, в гамма-галактиках, по Б. Воронцову-Вельяминову, имеются и закручивающиеся и раскручивающиеся ветви.

Да и направления магнитных силовых линий по наблюдениям разных астрономов пока не совпадают. Одни показывают их в одну сторону, другие — в другую. И каждый, естественно, считает себя правым. Однако сказать сегодня определенно, что спиральные ветви действительно располагаются только вдоль силовых линий магнитного поля Галактики, пока нельзя.

Строго говоря, магнитное поле в туманности должно бы, по идее, препятствовать ее конденсации, а следовательно, и звезды не должны бы в ней образовываться.

Автор понимает, что такое заключение похоже на старый анекдот. Когда к послу одной из могучих держав пришли посетители, навстречу им вышел секретарь посольства и перечислил 64 причины, согласно которым посол не мог сегодня никого принять.

— Кроме того, — добавил секретарь, вздохнув, — господин посол не может вас принять сегодня потому, что он вчера умер…

Умерла ли в конце концов магнитная гипотеза? Может быть, и нет, но претендовать на роль «единственно правильной» сегодня она уже не может.

В последние годы активно разрабатывается учеными новая волновая гипотеза. Читатель наверняка замечал, как при волнении на море всякий плавающий мусор прибивается к берегу. В то же время сама вода остается на месте. Так же, возможно, и в Галактике некие гравитационные волны захватывают медленные звезды, относящиеся к первому типу населения, и уплотняют их. Во всяком случае, первые решения уравнений, в которых были увязаны плотность вещества в Галактике, гравитационный потенциал и скорости звезд в соответствии с расстоянием от центра, дали уравнение спирали. Не значит ли это, что волновое возмущение плотности в виде спирали — образование устойчивое и может сохраниться при вращении Галактики? Тогда, может быть, хоть волновая гипотеза поможет решить «проклятый вопрос» о спиральных рукавах?

Впрочем, волновая гипотеза еще только набирает темпы. Сегодня рано говорить о ее результатах. Но уже тот факт, что она привлекла внимание специалистов самых разных стран, говорит о возможной ее плодотворности.