Галактика Сомбреро

Этот снимок галактики Сомбреро (М104, NGC 4594), расположенной в созвездии Девы, составлен из шести изображений, полученных телескопом «Хаббл» в мае-июне 2003 года. Галактику открыл в 1781 году Пьер Мешен, три года спустя ее независимо наблюдал Уильям Гершель и обнаружил любопытную особенность Сомбреро — плотное кольцеобразное скопление космической пыли, окружающее диск галактики. Благодаря темной пылевой полосе по периметру и нетипично крупному балджу (яркой сферической выпуклости в центре), придающим галактике отдаленное сходство с широкополой мексиканской шляпой, она и получила свое название. Хотя иногда ее сравнивают, например, с гигантской летающей тарелкой.

Снимок галактики Сомбреро, сделанный в 1974 году четырехметровым телескопом имени Николаса Мейола в Национальной обсерватории Китт-Пик. Фото с сайта noirlab.edu

До недавнего времени Сомбреро относили к спиральным галактикам. В них основная часть объектов сосредоточена в сравнительно плоском диске, образованном несколькими рукавами ярко выраженной спиральной формы, — к таким галактикам относится и наш Млечный Путь. Однако наблюдения космического телескопа «Спитцер» (см. картинку дня «Спитцер» и инфракрасная астрономия) помогли установить, что Сомбреро обладает существенным гало — эллипсоидальной составляющей, расположенной по обе стороны диска. На главном фото оно выглядит как рассеянное бело-молочное «облако» сверху и снизу от диска. Открытие состоялось благодаря тому, что «Спитцер» способен «видеть» в инфракрасном диапазоне сквозь космическую пыль, задерживающую излучение видимого диапазона. Гало, служащее отличительной чертой эллиптических галактик, наблюдалось у Сомбреро и раньше, но до исследований «Спитцера» полагалось, что оно сравнительно легкое и содержит небольшое число звезд.

Изображение Сомбреро, сделанное телескопом «Спитцер». Каждый цвет соответствует определенной длине волны ИК-диапазона: голубой — 3,6 мкм, зеленый — 4,5 мкм, оранжевый — 5,8 мкм, красный — 8 мкм. Фото с сайта spitzer.caltech.edu

Яркие точки внутри гало — шаровые скопления, которых в Сомбреро примерно две тысячи. Так называются группы звезд, тесно связанных гравитационно и обращающихся вокруг галактического центра как единое целое (см. картинку дня Сокровище Геркулеса). Каждое такое скопление содержит от десятков тысяч до миллионов звезд. Всего же в Сомбреро сотни миллиардов звезд — примерно по сто на каждого жителя Земли!

К какому же типу галактик следует отнести Сомбреро? Если говорить кратко, то спиральные галактики характеризуются мощным диском и небольшим гало; эллиптические, напротив, — заметным гало и небольшим (или отсутствующим) диском. У Сомбреро же хорошо выражены оба компонента — таким образом, она представляет собой редкий пример галактики смешанного, спирально-эллиптического типа. Так что теперь Сомбреро привлекает повышенный интерес астрономов: наблюдение за столь нетипичным объектом поможет им лучше понять законы эволюции галактик.

По одной из версий происхождения Сомбреро эллиптическая галактика, сблизившись со спиральной, словно бы «проглотила» ее. Однако подобное маловероятно, поскольку этот процесс должен был разрушить структуру диска. Более правдоподобной ученым представляется другая гипотеза: изначально Собмберо относилась к обычным эллиптическим галактикам, но в какой-то момент она притянула крупное облако газа (этот процесс называется аккрецией), сплющившееся в плоский газовый диск, из которого впоследствии и образовался звездный диск галактики.

Галактики эллиптического и спирального типов на одном снимке. В центре — эллиптическая M 60, или NGC 4649, в верхнем правом углу — спиральная NGC 4647. Обе галактики находятся в созвездии Девы. Фото с сайта esahubble.org

В 1990-е годы было установлено, что в центре Сомбреро расположена сверхмассивная черная дыра, которая примерно в миллиард раз тяжелее Солнца. Это самая близкая к Земле черная дыра такой массы. Расстояние до галактики Сомбреро составляет около 30 миллионов световых лет, а ее угловой размер равен примерно трети размера Солнца или полной Луны. Однако из-за невысокой яркости увидеть Сомбреро невооруженным глазом не получится: ее видимая звездная величина равна +8. Галактику можно наблюдать в любительские телескопы с диаметром объектива 100 мм или даже меньше.

Фотография галактики Сомбреро, сделанная любительским 71-миллиметровым телескопом. Фото Александра Логинова с сайта deepskyhosting.com

В 1913 году Сомбреро стала объектом внимания американского астронома Весто Слайфера. На тот момент ее, как и другие спиральные галактики, относили к так называемым спиральным туманностям. Их природа была неясна: одни астрономы полагали, что эти объекты — находящиеся в пределах Млечного пути скопления газа и пыли, концентрирующиеся вокруг отдельных звезд; другие же полагали их далекими внегалактическими объектами. По совету Персиваля Лоуэлла, основателя и директора обсерватории, в которой работал Слайфер, он занялся измерением скоростей спиральных туманностей относительно Земли. Для этого предстояло получить спектры этих туманностей: красное или синее смещение спектра свидетельствовало бы, соответственно, об удалении или приближении туманности к Земле, а его величина — о скорости этого движения.

Весто Слайфер у 24-дюймового телескопа Кларка (см. Alvan Clark & Sons), оснащенного спектрографом. Фото с сайта astronomy.com

Начал Слайфер с туманности Андромеды — она была ярче всех остальных. Следом за ней объектив его телескопа нацелился на Сомбреро. Далее он исследовал еще несколько десятков туманностей. Результаты шокировали астрономическое сообщество: почти все туманности удалялись от Земли с огромной скоростью. Например, Сомбреро «убегала» от нас на 1000 километров за секунду — при том, что обычные скорости звезд Млечного пути относительно Земли составляли 10–15 км/с. Измерения Слайфера доказали, что исследованные им туманности не принадлежат Млечному пути: гравитационное поле нашей галактики не смогло бы удержать столь быстрые объекты. Это означало одно из двух — либо эти туманности представляют собой самостоятельные галактики, либо же это большие межгалактические скопления звезд. Впрочем, последний вариант тоже отпадал: подобные скопления не должны были двигаться так быстро.

Итак, Сомбреро оказалась самостоятельной галактикой. Однако объяснить, почему она (как и многие другие исследованные Слайфером туманности, также оказавшиеся галактиками) так быстро удаляется от Земли, с ходу не удалось. Но тут подоспели важные теоретические результаты: в конце 1915 года Альберт Эйнштейн закончил разработку общей теории относительности, а спустя два года голландский астроном Виллем де Ситтер показал, что уравнения Эйнштейна имеют решение, в соответствии с которым Вселенная расширяется, а галактики разбегаются в разные стороны (сам он предложил термин «разбегающаяся Вселенная»). В конце 1920-х годов Жоржу Леметру, а несколько позже и Эдвину Хабблу удалось вывести простой закон, связывающий расстояния до галактик со скоростями их разбегания (см. Закон Хаббла — Леметра). На сегодняшний день представления о расширяющейся Вселенной общеприняты. Так галактика Сомбреро «внесла свой вклад» в открытие этого фундаментального космологического явления.

В заключение отмечу, что Сомбреро — не единственная «шляпа» во Вселенной. Так, в созвездии Пегаса можно увидеть «маленькое Сомбреро» — галактику NGC 7814. По внешнему виду оно очень напоминает «большое», но отличается немного меньшим размером и большим удалением от Земли.

«Маленькое Сомбреро», сфотографированное телескопом «Хаббл». Фото с сайта commons.wikimedia.org

А галактика ESO 510-13 из созвездия Гидры, пожалуй, даже еще больше напоминает шляпу благодаря заметной изогнутости своего диска — по-видимому, принявшего такую форму в результате гравитационного взаимодействия с другой галактикой.

Фотография галактики ESO 510-13, сделанная Очень большим телескопом. Фото с сайта eso.org

Фото с сайта hubblesite.org.

Алексей Деревянкин