Глава 10
Эволюция - Звезды Галактики
Когда шаровое звездное скопление, наконец, входит в Галактику и начинает подвергаться действию сил галактического вращения, происходят довольно глубокие изменения, и диаграмма ЦВ шарового звездного скопления меняется до состояния, где она больше не осознается без понимания влияний галактических сил. Такие влияния иллюстрируются на рисунке 12 – диаграмме ЦВ шарового звездного скопления М 71. На этой и других последующих диаграммах любые области, в которых концентрация звезд достаточно выше средней, чтобы гарантировать особое рассмотрение, заштрихованы, а скудно заселенные области, которые могут, а могут и не принадлежать диаграмме, изображаются пунктирными линиями. М 71 – это граница, и некоторые наблюдатели классифицируют данное скопление как рассеянное, хотя сейчас оно часто рассматривается как шаровое.[81] Из неопределенности его истинного статуса можно сделать вывод, что это шаровое звездное скопление, достигшее края галактического диска и пребывающее на пути становления рассеянным звездным скоплением. Или, что более вероятно, оно распадется на ряд рассеянных звездных скоплений. Диаграмма ЦВ данного скопления описана Бернхемом так. Она похожа на диаграмму ЦВ “последовательности красных гигантов, напоминающей шаровую”, с “необычно большим рассеиванием и более крутым наклоном”, но отсутствует нормальная горизонтальная ветвь и расширение до главной последовательности. Поэтому она оставляет большой простор для объяснений даже астрономам. В контексте новой информации, представленной в данном томе, она меньше схожа с диаграммой обычного шарового звездного скопления, поскольку “крутой наклон” любой из линии диаграммы неприемлем. Теоретические положения всех трех эволюционных линий фиксированы. Часть диаграммы на верху справа, идентифицированная как широкая гигантская ветвь, слишком крута, чтобы быть линией ОА красного гиганта, а наклон заштрихованного сегмента, расположенного в нижнем конце диаграммы недостаточно крут для того, чтобы быть эволюционной линией АВ. Диаграмма выглядит непригодной для работы.
[more]
Поэтому давайте исследуем ситуацию с теоретической точки зрения. Когда скопление входит в поток вращения, сразу же происходит следующее. Оно сразу же теряет плохо прикрепленную материю, как звезды скопления в целом, так и частицы отдельных звезд. Как уже указывалось, по мере приближения к Галактике дифференциал (разница) гравитационных сил уже очень значимо уменьшает размеры скоплений, и когда к радиальному гравитационному влиянию прибавляется силы вращения, потеря звезд ускоряется. Уменьшение в размере приводит к уменьшению конденсации в центре.
Шаровое звездное скопление не проходит свободно через поля звезд так, как описано Хойлом в утверждении, цитированном в главе 2; чтобы расчищать свои пути, они вынуждены отталкивать звезды. Но отдельные звезды движутся через межзвездную среду. При этом они теряют окружающую неуплотненную материю, из которой наращивают дополнительную массу, позволяющую следовать обычному эволюционному пути. Потеря материала прекращает рост звезды и мешает достижению критической плотности посредством наращивания. Однако благодаря гравитационному влиянию скопления в целом звезда еще подвергается и действию силы сжатия. И эти силы, наряду с гравитацией самой звезды, сжимают газообразную совокупность и двигают ее вниз на диаграмме ЦВ от линии постоянной массы.
Теоретические результаты действия “раздевания” на расположения звезд на диаграмме ЦВ демонстрируются на рисунке 13. Диаграмма (а) – это диаграмма обычного скопления, у которого самые продвинутые звезды совсем недавно достигли главной последовательности. Диаграмма (b) показывает, где находились бы звезды, если бы скопление оставалось изолированным достаточно долго для того, чтобы позволить эволюционному развитию привести большую часть звезд вниз к главной последовательности; то есть на пути АВ находились бы только самые наименее продвинутые звезды. Если скопление попадает в галактику, еще пребывая в условиях (а), атмосферы пыли и газа, за счет которых звезды растут на пути ОА, сметаются. Тогда такие звезды неспособны двигаться вперед по этой линии. Вместо того, чтобы продолжать пребывать вблизи точки А перед тем, как исчерпается запас материала для наращивания, они лишаются материала почти сразу же при вхождении в поток вращения. В результате каждая звезда на линии АВ покидает эту линию в месте, где она оказывается в момент входа, и движется вниз на диаграмме по линии, параллельной АВ – линии постоянной массы.
Следовательно, влияние взаимодействия с межзвездной средой выражается в замене относительно узкого пути АВ на путь того же наклона и длины, но с шириной равной ОА. Этот путь имеет нижний предел ХХ', параллельный ОА и представляющий степень, в какой имел место эволюционный прогресс с начала процесса захвата. По мере продолжения эволюции линия ХХ' движется вниз на диаграмме. Тогда теоретическая диаграмма ЦВ для захваченного скопления на относительно ранней стадии похожа на (с).
Когда на пути вниз последние звезды покинули линию ОА, их положения пребывают на линии YY', параллельной ОА и представляющей собой верхний предел расположения звезд на диаграмме. Подводя итог данному процессу, в первом интервале после вхождения скопления в поток вращения звезды расположены в области между ОА и пределом ХХ'. Поскольку движение вниз продолжается, последние звезды покидают ОА и на следующей стадии они располагаются между ХХ' и YY'. И, наконец, ХХ' отрезается главной последовательностью; и в последней части движения вниз звезды располагаются между YY' и главной последовательностью, как показано на диаграмме (d). После того, как первые звезды достигают условия гравитационного равновесия, популяция главной последовательности продолжает расти за счет оставшейся части эволюционного развития.
Если мы применим диаграмму (с), показывающую теоретические положения звезд вновь захваченного скопления, к ситуации М 71 (укладывается в линию), М 71 демонстрирует обе уже упомянутые характеристики сильно уменьшившегося шарового звездного скопления, входящего в края вращающегося галактического диска: относительно низкую концентрацию в центре и относительно небольшой размер. Говорят, что диаметр составляет около 30 световых лет. Удвоение этой величины все еще было бы ниже среднего. Гиганты превышают 200 световых лет. Соответствие наблюдаемых расположений звезд данного скопления с теоретической диаграммой показано на рисунке 14. Здесь мы видим, что наблюдения почти полностью укладываются в теоретический параллелограмм. Отсутствие различимых звезд на линии АС, горизонтальной ветви, объясняется двумя результатами процесса “раздевания”: (1) Никакие новые звезды не движутся в регион АС; и (2) относительно небольшое количество звезд располагалось на этой линии до того, как начало процесса захвата рассеивалось в треугольной области АВС тем же видом движения вниз, который происходит в более густо населенном регионе на другой стороне пути АВ.
Паттерн М 71 не является чем-то из ряда вон выходящим. Пять других скоплений, изученных в ходе данного исследования, демонстрируют тот же вид свидетельства. Они просто входят в поток вращения, единственный, находящийся в промежуточной области, где наблюдаются верхний (YY’) и нижний (ХХ') пределы. Более продвинутые скопления, ограниченные нижним сегментом диаграммы между YY' и главной последовательностью, довольно многочисленны. Но здесь мы находим, что в определение положения на диаграмме ЦВ входит новый фактор. Сегменты главной последовательности некоторых из более продвинутых скоплений определены довольно хорошо. Они демонстрируют, что скопления на этой стадии эволюции подвергаются распределению вверх главной последовательности.
У кластера М 67, который считается прототипом данного класса скоплений, сдвиг составляет 2,6 величин. Рисунок 15 – это диаграмма ЦВ М 67. Как можно видеть, она похожа на диаграмму М 71 и других вновь захваченных скоплений, но значительное количество звезд скопления достигли главной последовательности и не находятся на линии ВС – нижней линии на рисунке 15. Вместо этого они следуют линии, параллельной ВС, но выше нее из-за количества перемещений. Помимо этого расположения звезд абсолютно нормальные. Особенно значимо то, что верхний предел области популяции, линия, обозначенная как YY', крутая и отчетливая, поскольку связана определенным теоретическим согласованием с эволюционным паттерном. Она должна быть параллельна теоретической линии ОА, определенной в основном математически, хотя у М 67 практически нет звезд в верхнем сегменте диаграммы полного шарового звездного скопления.
Чтобы понять происхождение распределения главной последовательности, как мы его называем, гравитационный сдвиг, следует осознать природу равновесия главной последовательности. В основном это равновесие между гравитационной силой (или движением) и силой (или движением) последовательности естественной системы отсчета. В состоянии пылевого облака, из которого возникают гигантские звезды, имеются два гравитационных компонента – гравитация самой звезды и гравитационное влияние скопления, в котором находится звезда. Итоговая результирующая всех сил направлена вовнутрь, поэтому звезда сжимается. По мере продолжения сжатия результирующая сила вовнутрь ослабевает и, в конце концов, достигает положения равновесия двух сил – вовнутрь и наружу. Это и есть главная последовательность скопления.
Два из трех компонентов силы – последовательность естественной системы отсчета и гравитационная сила самой звезды – постоянны у звезды данной массы и объема, но третий компонент переменный и определяет положение равновесия главной последовательности. Звезды шарового звездного скопления занимают положения равновесия там, где отсутствует результирующая сила в любом направлении. Следовательно, в данном случае переменный компонент силы равен нулю в положении равновесия, если внутри скопления сжатие закончено. Здесь звездное равновесие внутри скопления идентично тому, что и у изолированной звезды в пространстве.
Звезды в Галактике тоже занимают положения равновесия, но галактическая ситуация – это не полное трехмерное равновесие. Отчасти оно достигается уравновешиванием части гравитационного влияния вовнутрь галактики в целом и компонентом наружу вращательного движения. Это одномерное векторное движение. И до тех пор, пока оно уравновешивается гравитационным движением, коль скоро рассматривается представление в традиционной пространственной системе отсчета, оно не компенсирует полного влияния гравитационного движения, действующего в трех скалярных измерениях. Таким образом, в равновесии сил главной последовательности звезды галактики участвует второй гравитационный компонент. Соответственно, в состоянии равновесия уменьшается компонент гравитации самой звезды; то есть сжатие звезды прекращается при более низкой плотности (или расширяется назад до этой плотности). На диаграмме ЦВ это помещает главную последовательность звезд галактики немного выше, чем главная последовательность звезд шаровых звездных скоплений. Как уже говорилось, разница составляет 0,8 величин.
Этот теоретический вывод приводит нас к доселе неисследованной сфере астрономии, но не оставшейся без поддержки наблюдением. Например, мы отмечаем следующее. Когда скопления главной последовательности спускаются до уровня 4,6, область диаграммы между этим уровнем и галактической главной последовательностью 3,8 величины включает положения группы звезд, известных как субкарлики. “Местонахождение бедных металлами субкарликов озадачивает, – говорят М. и Г. Бербиджи, – поскольку они кажутся менее яркими, чем [галактические] звезды главной последовательности, благодаря сравнительной температуре поверхности; поэтому они лежат ниже главной последовательности”. И затем эти авторы продолжают давать информацию о субкарликах, которые в свете достигнутых нами теоретических выводов предлагают объяснение.
“Субкарлики… не движутся вместе с Солнцем по своей гигантской орбите вокруг центра нашей галактики. Следовательно, они движутся с высокими скоростями относительно Солнца в одном общем направлении, противоположном направлению, в котором вращение галактики несет Солнце”.[82]
Согласно нашим открытиям, это звезды, убежавшие из шаровых звездных скоплений и вошедшие в Галактику из окружающего пространства. Факт, что они относительно бедны металлами, подтверждает данный вывод. Но в любом событии, каким бы не было его происхождение, значимое положение в том, что они не “движутся вместе с Солнцем”; то есть они не участвуют (или участвуют не полностью) во вращении, которое, как мы находим, вызывает гравитационный сдвиг 0,8 величин галактических звездных полей. На самом деле, им вряд ли удается избегать влияния сил вращения. Отсюда следует, что теоретически они должны распределяться в регионе между двумя положениями главной последовательности. Именно там они и обнаруживаются.
Еще один пункт свидетельства, поддерживающего теоретическую идентификацию разницы 0,8 величин как гравитационного сдвига, будет рассматриваться в главах 11 и 12. В них будет показано, что гравитационное равновесие, применимое к объектам, движущимся во времени, относится к уровню 4,6 величин, а не к уровню галактической главной последовательности.
Пользуясь преимуществами вышеприведенной информации, сейчас мы можем объяснить гравитационные сдвиги М 67 и других рассеянных или галактических звездных скоплений. М 67 – это осколок или фрагмент шарового звездного скопления, который совсем недавно попал в Галактику. Он достиг положения, где начал построение популяции главной последовательности, хотя его более медленные звезды еще пребывают в процессе завершения своей эволюции на пути АВ шарового звездного скопления - расширения вправо. Это один из самых ранних объектов, классифицированных как рассеянные звездные скопления, и обладает главными характеристиками недавнего прихода: популяцией звезд, больших для рассеянного звездного скопления, и положением выше плоскости галактики. Значительное уменьшение от размера шарового звездного скопления и вхождение в галактический диск разрушили структурную стабильность, существовавшую в родительском шаровом звездном скоплении, и М 67 начал расширение, которое неминуемо приведет к его исчезновению как отдельной сущности.
Сейчас, поскольку они находятся внутри галактики, звезды М 67 подвергаются действию тех же самых сил, что и звезды галактических звездных полей; кроме того, они подвергаются действию остаточной силы сжатия скопления. Перефразируя, мы можем сказать, что звезды главной последовательности рассеянного звездного скопления еще не завершили переход к гравитационному равновесию. Временное равновесие, представленное положениями их главной последовательности, включает исчезающий компонент гравитационной силы скопления в целом. Звезды скопления не достигнут положения главной последовательности, сравнительной с положениями звезд звездных полей Галактики до тех пор, пока не завершится расширение скопления, и дополнительный компонент силы устранится. А пока главная последовательность каждого скопления будет выше главной последовательности звезд звездных полей на величину, зависящую от оставшейся силы сцепления скопления. Гравитационный сдвиг наибольший, когда скопление молодое, большое и компактное, как М 67, и уменьшается по мере того, как скопление становится старше, меньше и свободнее.
Как мы уже видели, когда галактики достигают размера, при котором захватывают значимое количество шаровых звездных скоплений, они начинают притягивать неконсолидированные скопления – совокупности, являющиеся просто облаками пыли и газа. Такие облака приходят слишком поздно в эллиптической стадии галактической эволюции, чтобы оказывать большое влияние на свойства наблюдаемых эллиптических галактик, хотя они могут отвечать за возникновение концентраций голубых звезд в некоторых таких галактиках. Но когда эллиптическая структура расширяется до формы спирали, звезды галактики смешиваются с недавними приобретениями пыли и газа. Затем наступает стадия быстрого продвижения по пути звездной эволюции, поскольку доступность запаса материала такого вида ускоряет эволюционный процесс.
В период времени смешения, пыль и газ существуют во множестве разных концентраций в разных частях галактической структуры. Средней концентрации в удаленных регионах, которые достигаются первыми, достаточно для поддержки ускорения приращения, что выражается в непрерывном увеличении массы средней звезды. После входа в главную последовательность очень мелкие звезды, рост которых прекратился из-за вхождения скопления в Галактику, занимают относительно постоянные расположения в более низких сегментах последовательности, а большие звезды наращивают материю и движутся вверх на этом пути. Поскольку все звезды скопления, кроме некоторых захваченных скитальцев, формировались в результате одного и того же события и имеют приблизительно один и тот же возраст, большинство скоплений занимают лишь ограниченный сектор эволюционного цикла. Активный сектор расширяется незначительно, он просто движется вперед по мере взросления скопления и проходит через разные эволюционные стадии.
У Гиад (рисунок 16 (а) – скопления немного старше М 67 – несколько звезд еще пребывают на пути сжатия АВ, но большинство достигло главной последовательности. Рисунок 16 (b) представляет еще более продвинутое скопление Плеяды, у которого самые последние отставшие звезды достигли гравитационного равновесия, и главное тело активных звезд поднялось на самый верх главной последовательности. Действительно ли скопление Плеяды старше, чем Гиады, не ясно, поскольку эволюционный возраст не обязательно совпадает с хронологическим. Плеяды расположены в наблюдаемой туманности, и ускоренное приращение из этого источника может рассматриваться как более продвинутая стадия эволюции.
Возможные вариации в скорости развития данных близко расположенных скоплений представляют особый интерес в связи с вероятностью того, что многие рассеянные звездные скопления в локальном регионе Галактики могут быть фрагментами одного и того же исчезнувшего шарового звездного скопления. Уже распознано, что некоторые из них достаточно похожи друг на друга, чтобы говорить об общем происхождении. Например, такое предположение выдвинуто в случае с рассеянным звездным скоплением Ясли и Гиадами.[83] Главное возражение этой гипотезе состоит в том, что данные скопления находятся слишком далеко друг от друга (расстояние между ними составляет свыше 450-ти световых лет), чтобы возникнуть в результате одного и того же события. Конечно, этот вывод основывается на традиционной астрономической теории. Когда осознается, что рассеянные звездные скопления являются фрагментами шаровых звездных скоплений, данное возражение теряет смысл, поскольку очевидно, что фрагменты исчезнувшего скопления могли распределяться даже на намного большие расстояния, чем наблюдаемые.
В любом случае большая плотность класса скоплений М 67 и их более высокая галактическая широта наряду с наблюдаемым расширением всех рассеянных звездных скоплений определенно классифицируют класс М 67 как моложе, чем скопления главной последовательности, такие как Плеяды и Гиады. Сейчас такой вывод подтверждается относительными величинами гравитационных сдвигов. Гравитационные сдвиги класса М 67 составляют в среднем около 2,5 величин, а гравитационные сдвиги скоплений главной последовательности - не выше уровня 0,8 звездных полей.
Расширение открытий в связи с приращением, осуществляемым звездами главной последовательности, указывает на то, что продолжающееся развитие скопления Плеяды, в конце концов, приведет самые горячие звезды этой группы к пределу разрушения на верху главной последовательности и вынудит эти звезды вернуться к статусу красных гигантов посредством взрыва. У двойного скопления Персей (рисунок 17) такой процесс уже начался. Здесь главное тело звезд пребывает в регионе ниже верхнего предела, но некоторое количество красных гигантов тоже присутствует. Мы можем идентифицировать эти гиганты как продукты взрыва, звезды Класса 2С, а не Класса 1А, поскольку такая идентификация удерживает все звезды в совокупности в ненарушенной последовательности на эволюционном пути. Если бы они были молодыми звездами первого поколения, они бы не относились к остатку совокупности. Наличие гигантов 2С подразумевает, что в данной совокупности они являются молодыми белыми карликами, но еще пребывают в стадии невидимости.
Сообщается, что в совокупностях, таких как Гиады и Плеяды, имеются также и бинарные звезды. Однако в данных совокупностях компоненты А бинарных систем находятся на главной последовательности, и между ними и звездами Класса А главной последовательности имеется обширный эволюционный промежуток. Их наличие имеет несколько вероятных объяснений: (1) На самом деле они не являются членами совокупностей; (2) они – беспризорники, более старые звезды, захваченные в период конденсации шаровых звездных скоплений или во время их последующих путешествий; или (3) они – звезды из горизонтальной ветви того шарового звездного скопления, вертикальные ветви которого образовали звезды Класса 1 в рассеянном звездном скоплении. Диаграммы скопления указывают, что звезды двух ветвей достигают главной последовательности почти одновременно. Следовательно, между ними имеется эволюционный промежуток, позволяющий наличие некоторых (бинарных) звезд Класса 2 в Классе 1 совокупностей главной последовательности. Представляется вероятным, что альтернатива (3) является источником или, по крайней мере, главным источником бинарных систем.
В этой связи важно отметить, что в контексте теории вселенной движения наличие наблюдаемой туманности не обязательно при рассмотрении положения более горячих звезд скопления на верху главной последовательности. Как уже объяснялось, теория определенно требует непрерывного роста звезд даже при условиях, когда плотность звездной среды не больше средней. Это нечто, что невозможно подтвердить ныне доступным инструментарием и техниками, но нельзя и опровергнуть. Поэтому данный аспект теории не противоречит чему-то известному. Именно это требуется в случае единой общей теории, полностью подтвержденной в других сферах.
Здесь важно отметить, что современная астрономическая теория противоречит наблюдениям. Она помещает образование звезд в плотную галактическую туманность. Место, обычно определяемое как место рождения звезд, - это Большая Туманность в Орионе, и связь между этой туманностью и большой группой горячих звезда типа О и В предлагается в качестве свидетельства недавнего формирования из существующего пылевого и газового облака. Но ни в скоплении Персея, ни в NGC 2362 (еще одном похожем скоплении, сейчас интенсивно изучаемом), ни в ряде других скоплений, в которых бросаются в глаза звезды типа О и В, никаких туманностей не обнаружено. Хотя в большинстве скоплений главной последовательности, таких как Плеяды, имеющих связанную с ними туманность, отсутствуют звезды типа О. Общепризнанно, что здесь имеется противоречие, нуждающееся в объяснении, но поскольку подобные противоречия в астрономии изобильны, оно не воспринимается серьезно, как реально настораживающая ситуация.
Некоторые из рассеянных звездных скоплений явно относят к Классу 2В, поскольку в них имеется большое количество свободных иногда нерегулярных скоплений, обладающих характеристиками второго поколения. Здесь мы находим значимую пропорцию гигантских и субгигантских звезд, указывающих на то, что скопления либо значительно старше, либо значительно моложе, чем такое скопление главной последовательности, как Плеяды. Данные скопления не обладают характеристикам класса М 67 – предшественниками скопления плеадеанского типа. И их структура (или отсутствие таковой) указывает, что они подверглись значительному изменению. Следовательно, можно прийти к выводу, что они старше, и что их гигантские звезды принадлежат к классу 2С. Такой вывод подкрепляется свидетельством, указывающим на то, что большее количество звезд этих скоплений являются бинарными системами.
Вплоть до настоящего времени обсужденному вращению разных астрономических объектов уделялось лишь случайное внимание, поскольку значимость доступной информации на эту тему определялась не ясно до тех пор, пока каждая отдельная ситуация рассматривалась в изоляции. Однако сейчас мы достигли положения, когда можем сложить воедино достаточно информации из разных источников, чтобы продемонстрировать наличие общей корреляции между вращением и возрастом астрономической вселенной.
Самые ранние структуры, и шаровые звездные скопления, и звезды, из которых они состоят, обладают лишь небольшим или совсем не обладают вращением. Как уже объяснялось, это легко понять как следствие формирования звезды и скопления в условиях, в которых в любой значимой степени работают только радиальные силы. Но это противоречит традиционной астрономической теории с ее разными проблемами. Отчаянные попытки теоретиков усмотреть какие-то признаки вращения в наблюдениях шаровых звездных скоплений как средство оценки стабильности данных структур уже обсуждались. В применении к звездам эта проблема менее актуальна, поскольку заезды действительно вращаются, и проблема здесь – вопрос происхождения и величины.
Согласно Дж. Л Гринстейну, средние скорости вращения звезд спектрального класса G и слабее составляют менее 25 км/сек. Его оценки гигантских звезд демонстрируют тенденцию к увеличению до 200 км/сек для спектральных классов А3 до А7, с дальнейшим уменьшением. Пик для класса “карликов” (то есть звезд главной последовательности) помещается в большую светимость, в классы В5 до В7, и оценивается 250 км/сек. Наличие пиков не означает, что в больших звездах вращение действительно замедляется. Это скорости движения поверхности, и уменьшение – это просто отражение замедления скорости во внешних слоях этих звезд, разного влияния, которое очевидно даже в звездах таких маленьких как солнце. Нынешняя теория не предлагает объяснение существования скоростей данных конкретных величин. Версчур указывает, что на основе превалирующих теорий они должны быть намного большими.
Самые простые вычисления формирования звезд позволяют полагать, что все звезды должны вращаться очень-очень быстро в результате огромного сжатия из облака в звезду, но они этого не делают. Почему? В настоящее время ответа даже не предвидится.[84]
Более того, имеется непосредственное свидетельство, что скорости вращения являются функцией возраста. Например, Дэвис Филипп сообщает, что скорости вращения звезд Ap и Am уменьшаются с увеличением возраста скопления (согласно нашим открытиям, с уменьшением возраста).[85] Также следует заметить, что вопрос о том, что происходит со скоростью вращения, когда звезды проходят через деформацию, которая требуется современной эволюционной теорией, практически не получает никакого внимания.
Вопреки традиционной теории, простая подтвержденная наблюдениями картина ситуации с вращением, выведенная из теории вселенной движения, представляет собой потрясающий контраст. На основе нашей теории все первичные астрономические объекты – звезды, звездные скопления и галактики – возникают с небольшим (или вовсе без него) вращением. Они обретают скорости вращения вследствие эволюционных процессов. Увеличение скорости происходит в основном за счет углового момента, переданного этим объектам в период приращения материи. Шаровые звездные скопления, у которых мало возможности для приращения, обретают небольшое вращение или совсем никакого вращения. Большие галактики и звезды верхней главной последовательности, которые быстро растут на астрономической шкале времени, соответственно увеличивают скорости вращения.
Исходя из природы эволюционных процессов, как они описаны на предыдущих страницах, представляется, что ни одна совокупность не состоит исключительно из звезд одного класса. Однако более молодые совокупности довольно тесно приближаются к такому состоянию, поскольку состоят из молодых звезд. И единственное разбавление более старым материалом происходит в результате захвата случайного бродяги, испущенного из более старой совокупности. Помимо этих контрабандистов более ранние шаровые звездные скопления являются чисто звездами Класса 1А, и их диаграммы ЦВ пребывают где-то между концентрацией в начальной точке диаграммы в самом конце региона красных гигантов и распределением, подобным распределению М 3 (рисунок 3).
Как указывалось на предыдущих страницах, эволюционные возрасты наблюдаемых шаровых звездных скоплений соотносятся с их расстояниями от Галактики. Наше первое рассмотрение – наличие такого соотношения, может показаться достаточно удивительным, но это неминуемый результат вида процесса формирования скопления, описанного в главах 1 и 2. В условии равновесия, с которого начинается сжатие группы прото-скоплений, прото-скопления во внешних регионах группы движутся вовнутрь, под влиянием силы сжатия, действующей на них ближе к центру группы. Поэтому между периферией группы и одним или более центральными расположениями имеется разница в плотности, точно так же, как она имеется между внешними регионами скоплений и их центрами после того, как они начинают сжиматься индивидуально. Центры плотности являются расположениями, в которых конденсация в звезды впервые имеет место, и начинается комбинирование скоплений в галактики. По-видимому, они становятся расположениями главных галактик каждой группы. Разница плотности между периферией прото-группы и центрами конденсации принимает вид разницы между гравитационными пределами главных галактик и расположением этих галактик.
Основной физический процесс в материальном секторе вселенной – объединение в пространстве. Рост совокупностей происходит посредством механизма, называемого захватом, если он происходит на индивидуальной основе, или конденсацией, если он имеет место на коллективном уровне. Скорость роста – это преимущественно дело плотности среды, из которой извлекается материал. Конденсация совсем не происходит до тех пор, пока плотность превышает определенную критическую величину. Захват не так ограничен, но скорость, с которой он происходит, зависит от вероятности вхождения в контакт. А вероятность является функцией плотности пространства сущностей, подвергающихся захвату. Поэтому по мере того, как скопления движутся к Галактике в более плотное окружение, все процессы объединения ускоряются. Это создает уже отмеченные эволюционные изменения, имеющие место в период путешествия шаровых звездных скоплений из отдаленных регионов межгалактического пространства к месту, где они заканчивают свое существование как отдельные сущности, входя в Галактику.
Объединение материи на атомном уровне, производящее последовательно более тяжелые элементы, следует тому же курсу, что и объединение частиц пыли и газа в звезды. Процесс построения атома, как описывалось в предыдущих томах данной серии, - это тоже процесс захвата и он тоже происходит со скоростью, зависящей от плотности материи в окружении.
Современные оценки плотностей в разных регионах, через которые проходят скопления, предлагают общее указание на вовлеченные величины. Вот некоторые последние цифры.
Плотность (гр/см3)
|
Межгалактическое пространство |
10-31 |
|
Пространство возле края галактики |
10-28 |
|
Межзвездное пространство |
10-24 |
На этом основании, в период движения совокупности из отдаленного места происхождения к краю Галактики плотность увеличивается на коэффициент 1000. Тогда это объясняет вышеописанные различия в составе между отдаленными скоплениями и скоплениями ближе к Галактике. После вхождения в галактическое окружение повышение плотности и соответствующие эволюционные изменения происходят еще быстрее.
Эволюционный цикл звезд в отдаленных галактиках невозможно отследить так же детально, как в нашей галактике, но для объяснения некоторых изменений в наблюдаемых характеристиках других галактик мы можем воспользоваться открытиями изучения эволюции нашей галактики. Мы можем прийти к выводу, что мелкие эллиптические галактики, включая деформированных членов данного класса ныне классифицированных как иррегулярные, более продвинутые, чем среднее отдаленное шаровое звездное скопление. Они пребывают на эволюционной стадии, сравнимой с самыми зрелыми скоплениями. На основе установленной классификации это значит, что они состоят из смеси классов звезд 1А и 1В.
Более старые и большие эллиптические галактики (не включая гигантские сфероидальные галактики (не классифицированные как эллиптические в данной работе), пребывают на той же эволюционной стадии, что и самые ранние рассеянные звездные скопления, и диаграммы ЦВ М 67 и Гиад представляют собой фазы, через которые проходят эллиптические галактики. Однако следует заметить, что из-за постоянного захвата более молодых совокупностей, ранний край распределения возраста не отрезается у галактик, как это происходит у скоплений. Диаграмма ЦВ для эллиптической галактики, пребывающей в той же эволюционной стадии, что и Гиады, растянула бы сектор, занимаемый звездами Гиад, назад через сектор шарового звездного скопления до зоны первичного формирования звезд.
Быстрая эволюция ранней спиралевидной стадии устраняет большинство звезд Класса 1А, за исключением тех, которые входят в поток захваченного материала. Тогда возраст спиралей выражается в создании звезд второго поколения, начиная с Классов 2С и 2D. Все эти звезды – и гиганты (2С), и белые карлики (2D) – движутся в направлении главной последовательности, по достижении которой они входят в Класс 2В, класс, к которому принадлежат Солнце и его ближайшие соседи. Среди местных звезд нет гигантов, но наличие белых карликов в таких системах как Сириус и Процион и наличие планет демонстрирует, что локальные звезды прошли через взрывную фазу довольно недавно. Отсутствие гигантов мы можем интерпретировать как указание на то, что у бывших гигантов, таких как Сириус, было время вернуться в главную последовательность, а их более медленные карликовые компаньоны еще пребывают в пути. Нет никакой уверенности в том, что ближайшие звезды действительно принадлежат к той же самой эволюционной группе, поскольку более молодые или более старые звезды могут быть представлены и как результат смешения за счет вращения галактики и гравитационных различий; но нет и очевидных несоответствий.
Звезды 2В в регионах среднего приращения или выше движутся вверх по главной последовательности так же, как они делали это, будучи звездами 1В первого цикла, и вновь подвергаются взрывам Типа 1 сверхновых. В конце концов, они снова уплотняются в звезды третьего цикла, Классы 3С и 3D. Это трехчленные системы, если взорвалась лишь одна из звезд бинарной системы Класса 2, или четырехчленные системы, если через фазу взрыва прошли обе звезды. Как уже указывалось, известно значительное количество множественных систем.
Теоретически, движение в цикле будет продолжаться до тех пор, пока материя, из которой состоят звезды, не достигает предела возраста, при условии, что окружение благоприятствует росту. Но как упоминалось в обсуждении спиралевидной структуры, содержимое галактик пребывает в физических условиях, обладающих общими характеристиками вязкой жидкости. В такой совокупности более тяжелый материал движется к центру гравитации, перемещая более легкие единицы, концентрирующиеся преимущественно на периферии, во внешние регионы. Процесс очень медленный и нерегулярный из-за вязкости и влияний галактического вращения, но у более старых и более тяжелых систем присутствует общая тенденция плыть в направлении галактического центра в регионы, где запас материала для приращения ограничен. Одна шестичленная система, Кастор, часто упоминалась в астрономической литературе, но, по-видимому, системы такого размера, системы четвертого цикла, редкие в наблюдаемых регионах Галактики. Ввиду меньшего количества материала, доступного звездам в ненаблюдаемых регионах ближе к центру Галактики, и растущего соперничества за пригодный материал из-за большей концентрации звезд, вполне возможно, что движение на эволюционном пути ограничено четырьмя или пятью циклами.
Кое-какое свидетельство позволяет предположить наличие дополнительных циклов благодаря космическим лучам. Как объяснялось в томе 1, природа процесса, при котором материя переносится из материального сектора в космический сектор и наоборот, такова, что материя пребывает на возрастном пределе прежде, чем испускаться из сектора возникновения. Содержание космического железа в космических лучах (входящая материя из космического сектора) составляет порядка в 50 раз больше, чем оцененное содержание железа в звездах локальной главной последовательности (Класс 2В). Оценка по абсолютной величине указывает на то, что эволюционное развитие, способствующее росту содержания железа, должно расширяться в два или три дополнительных цикла за пределами стадии 2В. Однако, как указывалось раньше, спектры звезд говорят лишь о том, что присутствует во внешних регионах, и есть основания полагать, что содержание железа более старых звезд в локальном окружении значительно выше, чем указанное спектроскопическими данными. Сейчас уместно интерпретировать состав космических лучей как свидетельство в пользу большего содержания железа у звезд Класса 2В, чем определяемое эволюцией за пределами четырех или пяти циклов.
В любом случае продолжение процесса приращения в ряде циклов означает, что пропорция больших звезд (продуктов взрыва звезд максимального размера) в галактической популяции растет со временем. Поскольку самые старые звезды концентрируются вокруг галактического центра, из этого следует, что количество больших звезд в центральных регионах Галактики значительно больше, чем следовало ожидать исходя из пропорций, наблюдаемых в локальном окружении. Как мы увидим позже, наличие большой популяции крупных звезд в центральных регионах главных галактик имеет кое-какие важные следствия.
Факт, что развитию спиралевидной структуры предшествует появление звезд второго поколения, позволяет определить общее распределение звездных классов Галактики Млечный Путь и подобных спиралей. Делая “исключение для бродяг из более старых систем”, которые следует понимать как присущие всем утверждениям в обсуждении звездных популяций, можно сказать, что звезды второго и последующих поколений, Класс 2С и далее, ограничены галактическим диском (включая рукава) и ядром. Практически они составляют всю популяцию гало. Звезды главной последовательности первого поколения, Класс 1В, занимают промежуточную позицию, по большей части в рукавах спиралей.
Распознавание явно горячих и светящихся звезд главной последовательности в спиралевидных рукавах явилось шагом, приведшим к оригинальной концепции двух отдельных звездных популяций. Однако полученная информация демонстрирует, что на самом деле галактические рукава содержат весьма разнородную популяцию, включая звезды не только всего первого эволюционного цикла, но и звезды нескольких, почти всех, более поздних циклов.
Трудности наблюдения ограничивают нашу способность отслеживать эволюцию галактик за пределами стадии спиралевидных рукавов посредством изучения отдельных звезд, но мы можем получить кое-какую дальнейшую информацию из характера света, получаемого из внутренних регионов. Поскольку звезды в ядре галактики старше, чем звезды диска, они должны быть более продвинутыми с эволюционной точки зрения (в среднем). Разница в возрасте выражается в разнице в цвете. Однако это не соотношение цвета и возраста, это соотношение цвета и расположения звезд в эволюционном цикле.
Следует осознавать, что огромное количество всех звезд красные. Следовательно, можно ожидать красный цвет в любых условиях кроме тех, где звездная популяция включает значимое количество редких голубых и белых звезд в верхнем конце главной последовательности. Тогда лишь благодаря тому, что испускание из горячих звезд намного больше, чем из красных звезд, даже небольшая их часть оказывает основное влияние на цвет совокупности в целом. Самые горячие звезды светятся в тысячу раз сильнее, чем средняя звезда Класса 1. Поэтому цвет галактики или ее части не определяется стадией эволюции составляющих ее звезд. Он просто говорит, что совокупность содержит или не содержит значимое количество звезд в той части эволюционного цикла, которая расширяется до верхнего конца главной последовательности. Конкретный цикл, к которому принадлежат такие звезды, не может определяться из этой информации. Но поскольку изменения цвета галактик происходят постепенно, характеристики света, испускаемого галактикой или одной из ее составных частей, прибавляются к ранее определенному критерию эволюции.
Совокупный свет из больших эллиптических галактик принадлежит спектральному типу G (желтому). В некоторых случаях у ранних спиралей испускание поднимается к типу F (желто-белому) или даже типу А (белому) из-за большого количества звезд Класса 1В, поднимающихся на более высокие уровни главной последовательности. Пока такие звезды проходят через стадию взрыва и обретают 2С или более низкий статус, в большей степени собираясь в ядро галактики, свет постепенно сдвигается назад к красному; и у самых старых спиралей цвет больше напоминает цвет эллиптических галактик. Поводя итог циклу цвета, можно сказать, что ранние структуры красные, поскольку относительно холодные. В период развития эллиптической галактики характер цвета претерпевает лишь небольшое изменение. Затем при переходе от эллиптической галактики к спиралевидной галактике происходит быстрый сдвиг к голубому цвету. И, наконец, по мере роста спирали совершается медленный возврат к красному цвету.
Современная астрономическая теория правильно определяет звезды регионов ядра галактик как более старые, чем звезды в спиралевидных рукавах, но приходит к такому выводу, нагромождая одну ошибку на другую. Эта теория считает звезды шаровых звездных скоплений более старыми, чем звезды главной последовательности в рукавах галактики. Это неверно. Затем она приравнивает звезды ядра к звездам шаровых звездных скоплений. Это тоже ошибка; она отменяет первую ошибку и помещает звезды ядра в правильную возрастную последовательность относительно звезд галактических рукавов. Однако наложение ошибок оставляет астрономов с открытым противоречием их базовому допущению – соотношению между возрастом звезды и содержанием в ней тяжелых элементов. Этот бросающийся в глаза конфликт между нынешней теорией и наблюдениями становится темой комментария в астрономической литературе. Например, обзорная статья 1975 года приводит измерения, указывающие на то, что “доминирующая звездная популяция в выпуклом ядре Галактики и М 31 состоит из старых богатых металлом звезд”.[86] Как указывают авторы, это ставит с ног на голову предыдущие идеи, идеи, изложенные в астрономических учебниках. Выражение “старые богатые металлом звезды” само по себе является прямым противоречием современной теории. Все полотно принятой эволюционной теории покоится на гипотезе, что старые звезды бедны металлом. Наличие большего металлического содержания в центральных регионах галактик, по-видимому, спорно. Вот комментарий Харуита:
“Представляется, имеется изобильное свидетельство того, что звезды в нашей Галактике и галактике М 31 обладают огромным изобилием металлов при приближении к центру галактики. Кажется, регион ядра особенно богат металлами, указывая на то, что в этих регионах эволюция химических элементов ускоряется”.[87]
В свете наших открытий, конечно, не обязательно допускать любое ускорение эволюции звезд в центральных регионах Галактики. Все, что нужно, это осознать, что звезды в данных регионах самые старые в галактике и их эволюция продолжалась длительный период времени.
Эта глава завершает наше обсуждение более знакомых сфер астрономической вселенной. В оставшейся части данного тома мы будем исследовать до сих пор белые пятна – аспекты астрономии, где ныне принятые идеи почти полностью неверны из-за странно беспрекословного молчаливого согласия со следующим допущением Эйнштейна. Экспериментально наблюдаемое уменьшение ускорения происходит за счет увеличения массы при высоких скоростях, и, следовательно, скорости, превышающие скорость света невозможны. Как было продемонстрировано в ходе развития теории вселенной движения, скорость света – это предел, относящийся к одномерному движению в пространстве; но во вселенной имеются громадные регионы, в которых движением имеет место во времени или в многомерном пространстве. Большая часть подобных регионов недоступна наблюдению из нашего положения во вселенной, но некоторые сущности и феномены этих регионов оказывают наблюдаемые влияния на материальный сектор, сектор, в котором мы осуществляем наблюдения. Эти влияния и будут являться темой обсуждения в оставшихся главах.
Поскольку подход к данным темам будет осуществляться совсем с другого направления, во многих случаях достигаемые выводы будут радикально отличаться от выводов, ныне принятых астрономическим сообществом. Поскольку мы начинаем рассмотрение новых, незнакомых и, возможно, волнующих открытий в плохо понимаемых сферах астрономии, было бы неплохо иметь в виду, что теория вселенной движения способна делать, по-видимому, в довольно хорошо понимаемых астрономических сферах. Она создала эволюционную теорию, которая ставит традиционные астрономические теории с головы на ноги, и выявила разнообразие наблюдаемых данных, подтверждающих надежность пересмотренной эволюционной последовательности, включая два вида наблюдений – плотностей разных классов рассеянных звездных скоплений и металлического содержания звезд в центральных регионах галактик. Оба они предлагают бесспорное доказательство, что эволюция происходит в обратном порядке. Способность новой теории исправлять главную ошибку в нынешней мысли в связи с феноменами лучше известных регионов должна вселить веру в надежность выводов, сделанных на основе данной теории в относительно неизвестных астрономических сферах. Особенно когда осознается, что скудость информации наблюдений – не главная помеха к созданию чисто теоретической структуры мысли, что обычно фатально для теорий, таких как в астрономии, покоящихся исключительно на наблюдении.
[81] Burnham, Robert, Jr., op. cit., p. 1546.
[82] Burbidge, M. and G., Scientific American, June 1961.
[83] Ibid., p. 347.
[84] Ibid., p. 105.
[85] Philip, A. G. D., Sky and Telescope, July 1978.
[86] Van den Bergh, Sidney, Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 1975.
[87] Harwit, Martin, Astrophysical Concepts, John Wiley & Sons, New York, 1973, p. 43.
(0)