Внегалактическая астрономия

ВНЕГАЛАКТИЧЕСКАЯ АСТРОНОМИЯ, раздел астрономии, в котором исследуются объекты и явления за пределами нашей звёздной системы - Галактики. Наиболее многочисленные объекты, изучаемые внегалактической астрономией, - это далёкие звёздно-газовые системы (галактики), имеющие ту же природу, что и наша Галактика, и находящиеся на расстояниях от нескольких сотен тысяч до нескольких миллиардов световых лет от нас.

Внегалактическая астрономия как наука возникла в 1-й трети 20 века. Однако идея о том, что наша Галактика, включающая в себя все звёзды, которые можно увидеть на небе невооружённым глазом или в небольшой телескоп, имеет конечные размеры и существуют другие сходные с ней звёздные острова, высказывалась ещё в середине 18 века [Э. Сведенборг, И. Кант, Т. Райт (Великобритания)]. Естественно было предположить, что такими «внешними» галактиками являются светлые туманные пятна низкой яркости с размытыми очертаниями, которые во всё возрастающем количестве открывались астрономами по мере увеличения размеров используемых телескопов. Первый каталог обнаруженных на небе туманностей содержал координаты более 100 объектов (Ш. Мессье, 1781). В середине 19 века было впервые обнаружено наличие внутренней структуры в ряде туманностей, и в частности существование спиральных ветвей [У. Парсонс (лорд Росс), Великобритания]. В конце 19 века выяснилось, что природа туманностей не одинакова: одни из них являются газовыми облаками, другие - далёкими звёздными системами (но оставалось неясным, на каком расстоянии от нас они находятся). В начале 20 века с помощью новых больших телескопов обсерватории Маунт-Вилсон (США) астрономам впервые удалось обнаружить изображения очень слабых звёзд на фотографиях нескольких туманностей. В 1923-24 годах Э. Хаббл на 2,5-метровом телескопе этой обсерватории нашёл в нескольких туманностях звёзды известного к тому времени типа - цефеиды, регулярно меняющие свой блеск. Полученные с помощью этих звёзд оценки расстояний до туманностей убедительно показали, что они действительно представляют собой звёздные системы гигантских размеров, находящиеся далеко за пределами нашей Галактики. С этого времени стало возможным говорить о рождении внегалактической астрономии.

В 1929 году Э. Хаббл обнаружил линейную зависимость между скоростями удаления от нас галактик и расстоянием до них (закон Хаббла), что дало возможность оценить расстояния до галактик по смещению линий в их спектрах. В 1930-х годах открыты представители самого многочисленного класса галактик - карликовые галактики, низкая светимость которых затрудняет их исследование. В середине 20 века выявлены различные типы звёздного населения галактик, отличающиеся возрастом и химическим составом, изучены особенности внутренней структуры галактик, начал разрабатываться физический подход к проблеме формирования и эволюции галактик. В тот же период получены первые достаточно надёжные данные о массах галактик (по скоростям их вращения), заложена основа теории их спиральной структуры, рассматривающей спиральные ветви как результат распространения волн плотности в галактических дисках. Стали проводиться систематические исследования взаимодействующих галактик, формы которых искажены их взаимным гравитационным влиянием (Б. А. Воронцов-Вельяминов). Обнаружены источники энергии гигантской мощности в ядрах некоторых галактик (активные ядра галактик) и выдвинута идея о большой роли нестационарных процессов в эволюции галактик и их систем (В. А. Амбарцумян). В 1960-х годах открыты далёкие внегалактические объекты - квазары, по своим свойствам похожие на активные ядра близких галактик, но со значительно более масштабным энерговыделением. Во 2-й половине 20 века получен ряд независимых аргументов в пользу существования так называемой скрытой, или тёмной, массы в галактиках и между ними, проявляющей себя по гравитационному воздействию на галактики. В ядрах галактик различных типов обнаружено существование очень массивных компактных образований незвёздной природы с массой до нескольких миллиардов масс Солнца (предположительно сверхмассивных чёрных дыр). Гигантскую роль в развитии внегалактической астрономии сыграла появившаяся во 2-й половине 20 века возможность исследования галактик в неоптических областях спектра (сначала в радиодиапазоне, а позднее, с помощью космических аппаратов, в далёком инфракрасном, далёком ультрафиолетовом, рентгеновском диапазонах и гамма-диапазоне). Наиболее распространённые формы межзвёздного газа в галактиках - нейтральный водород и облака молекулярного газа - обнаружены и исследуются по их излучению на определённых радиочастотах. Мощным радиоизлучением синхротронной природы сопровождается активность ядер некоторых галактик (радиогалактик). Ультрафиолетовые и инфракрасные наблюдения позволили исследовать процесс звездообразования в галактиках различных типов. Наблюдения в рентгеновских лучах дали возможность изучения очень горячего газа в галактиках и в окружающем их межгалактическом пространстве. В конце 1990-х годов получены первые отождествления с далёкими галактиками источников мощных коротких гамма-всплесков, регистрируемых в различных областях неба с помощью космических гамма-телескопов.

К важнейшим направлениям современной внегалактической астрономии, определяющим тенденции её развития, относятся: изучение звёздного состава галактик, исследование эволюции звёздного населения; изучение межзвёздной газово-пылевой среды в галактиках; исследование динамики звёзд и газа в галактиках, изучение формирования структурных деталей галактик, связанных с особенностями движения звёзд и газа; изучение различных форм активности ядер галактик, формирования ядер, механизмов выделения энергии в них; исследование систем галактик (пар, групп, скоплений), процессов взаимодействия галактик в системах друг с другом и с окружающей газовой средой; анализ крупномасштабной структуры распределения галактик, её формирования и эволюции; определение космологических параметров, описывающих характер расширения Вселенной, исследование процесса возникновения галактик и их систем на ранних стадиях расширения.

Большинство задач внегалактической астрономии решается с помощью спектральных и фотометрических наблюдений, проводимых на крупных наземных оптических телескопах (с диаметром объектива 2 м и более), и радиоинтерферометров. Большой вклад также вносят обсерватории, работающие за пределами земной атмосферы (космический телескоп «Хаббл», инфракрасные, рентгеновские и гамма-обсерватории).

Наша Галактика - такой же сложный по структуре и составу объект, как и многие другие наблюдаемые спиральные галактики. Поэтому внегалактическая астрономия, исследуя другие галактики, позволяет получить ответы на многие вопросы, касающиеся природы нашей звёздной системы, которую астрономы могут изучать только «изнутри».

Уникальной особенностью внегалактической астрономии является возможность непосредственного изучения объектов такими, какими они были в далёком прошлом. Благодаря конечности скорости света излучение, рождённое в очень далёких галактиках, идёт к нам миллиарды лет, что позволяет, сравнивая свойства галактик на различных расстояниях, исследовать изменения, которые произошли с галактиками за это время.

Поскольку галактики - важнейшие элементы общей структуры наблюдаемой Вселенной, в которых сосредоточена практически вся наблюдаемая материя, внегалактическая астрономия имеет фундаментальное значение для построения физической картины окружающего мира и его эволюции. В теоретическом плане внегалактическая астрономия тесно связана с такими направлениями науки, как физика звёзд, звёздная динамика, газовая динамика, теоретическая астрофизика и космология.

Лит.: Воронцов-Вельяминов Б. А. Внегалактическая астрономия. 2-е изд. М., 1978; Тейлер Р. Дж. Галактики: строение и эволюция. М., 1981; Горбацкий В. Г. Введение в физику галактик и скоплений галактик. М., 1986; Ходж П. Галактики. М., 1992.