Возле Солнца летают объедки старой галактики

Дни, когда астрономы все как один полагали, что наша Галактика появилась в результате тихого и спокойного сжатия огромного облака газа, закончились 30 лет назад. В 1978 году американцы Леонард Сирл и Роберт Зинн опубликовали знаменитую статью, в которой предположили, будто внешние части Млечного Пути – это остатки небольших звездных систем, «растворившихся» в нашей Галактике за миллиарды лет ее существования.

Теория Сирла и Зинна не сразу нашла сторонников, однако наблюдения настойчиво свидетельствовали в ее пользу. Сейчас астрономы думают, что не только внешнее гало, но и диск Млечного Пути – та самая туманная полоса, что пересекает небо в темные летние ночи – это результат бесчисленных слияний и поглощений. Ровно так же выросли и остальные крупные и средние галактики; и только галактики-карлики – да и то не все – представляют собой что-то единое, не смешанное и не взболтанное.

Улики самоедства

Сейчас известны тысячи примеров галактик, пойманных непосредственно в процессе пожирания своих неудачливых соседок. Существуют и живые доказательства обвинений в каннибализме в отношении родного Млечного Пути. Похоже, например, что с нашими крупнейшими галактиками-спутниками – Большим и Малым Магеллановыми Облаками – нас соединяет целый мост из звезд и газа, по которому население окраин мигрирует в сторону метрополии.

А карликовая галактика в созвездии Стрельца прямо сейчас проходит через центральные области нашей звездной системы, так что внешне даже не выделяется на их фоне. Чтобы открыть ее, кембриджский (в ту пору) астроном Родриго Ибата 15 лет назад измерил скорости движения огромного числа звезд, и лишь на диаграмме «положение—скорость» показалась громадная структура, по своей кинематике явно выделявшаяся среди миллиардов звезд нашей Галактики. Недавно, кстати, тот же Ибата и его коллеги выяснили, что карлика в Стрельце мы поедаем не просто так, а с приправой – плотным шаровым скоплением звезд, в центре которого находится черная дыра редчайшего класса.

Другое шаровое скопление, ω (омега) Центавра (ω Cen), тоже считается плотным ядром карликовой галактики, все внешние слои которой давно растворились в звездном населении Млечного Пути. В пользу такого происхождения свидетельствуют не только гигантские размеры и масса этого звездного роя, но и необычные для нормальных шаровых скоплений звездное население и структура ω Cen, и наличие в нем заметного количества темной материи, и массивная черная дыра, которая должна прятаться в его центре. Однако многим ученым этих доказательств акта каннибализма мало, и они настойчиво ищут новые улики.

Австралийцы Кен Фриман и Элизабет Вили-де Бур в компании с немкой Мари Вильямс нашли, возможно, самые важные следы. Они не только окончательно изобличают Млечный Путь, но и помогут восстановить облик ω Cen и манеру движения в ту эпоху, когда скопление было еще галактикой-спутником, а не полупереваренным остатком. Ученые нашли «объедки» этой карликовой галактики – звезды, содранные с нее притяжением Млечного Пути. И нашлись они под самым носом астрономов, в ближайших окрестностях Солнца. Это так называемая звездная группа Каптейна.

Очень быстрая звезда

Когда-то давно, в докомпьютерную эпоху астрономы не могли измерить и проанализировать скорости и положения сразу тысяч, а то и миллионов светил, как это они с легкостью делают в наши дни. К звездам относились как к личностям – каждую надо было пронаблюдать, занести в каталог, изучить внешний вид и особенности поведения. Класс астронома показывался, когда в этой рутине он мог заметить какие-то общие закономерности или выделить по-настоящему уникальный объект.

В самом конце XIX века голландец Якоб Каптейн, просматривая бесчисленные фотографические пластинки с Обсерватории на мысе Доброй Надежды, заметил на них пропажу одной из звезд, записанной в старом каталоге. Вскоре шотландец Роберт Иннес, работавший в той же обсерватории, нашел пропажу – очень похожая звезда обнаружилась в нескольких десятках угловых секунд к востоку от положенного места.

Это не могло не привлечь внимания. Несколько десятков угловых секунд – крохотная величина, неразрешимая человеческим глазом, но для астрономов это гигантский сдвиг, так как обычно звезды смещаются лишь на несколько угловых секунд в столетие. Последующие наблюдения подтвердили, что звезда из созвездия Живописца – самая быстрая на небе, хотя открытая 18 годами позже звезда Барнарда сместила рекордсменку на второе место, на котором она находится и поныне. Сейчас звезду из Живописца называют звездой Каптейна.

Может показаться странным, что звезде присвоили имя Каптейна, который ее потерял, а не Иннеса, который нашел пропажу. Однако Иннес так и остался исследователем отдельных звезд (он, например, нашел ближайшую к нам звезду – Проксиму Центавра). А Каптейна тот инцидент подвиг на титанический труд по каталогизации движений звезд, по итогам которого, в частности, выяснилось, что вся Галактика вращается, причем разные ее части крутятся по-разному.

Например, плоский диск Галактики вертится как единое целое, примерно в одну и ту же сторону, в одной и той же плоскости и с небольшим разбросом скоростей. А сфероидальное галактическое гало – это рой звезд, движущихся с огромной скоростью и в совершенно разных направлениях и плоскостях. Звезда Каптейна – это звезда гало, и она до сих пор считается самой близкой к нам звездой этой компоненты Галактики, расстояние до нее – чуть менее 13 световых лет. Собственно, из-за этой близости и большой линейной скорости она так быстро и перемещается по небу.

Вместе с тем звезда Каптейна интересна еще кое-чем. В отличие от большинства она крутится в сторону, противоположную вращению диска Галактики – говоря по-ученому, «обладает ретроградным движением». Таких звезд также известно немало, однако среди них выделяется группа (поток) светил, движение которых очень похоже на движение звезды Каптейна. К концу XX века таковых насчитывалось уже более трех десятков, они более или менее равномерно распределены по небу, а все вместе их зовут группой Каптейна.

Химический след

Теперь звезда Каптейна и ее попутчицы рискуют лишиться статуса ближайших звезд гало. Судя по всему, это ближайшие звезды того объекта, центральная часть которого известна нам как шаровое скопление ω Центавра. Соответствующие подозрения у астрономов есть давно – на диаграммах «положение—скорость» они расположены там, где могли бы находиться звезды, сорванные с окраин прежней карликовой галактики.

Вили де Бур и ее коллеги решили проверить это предположение, изучив химический состав группы. Омега Центавра знаменита некоторыми особенностями в содержании тяжелых элементов, и грех было не проверить, обладают ли ими звезды Каптейна. В 2006 и 2007 годах с помощью телескопа диаметром 2,3 метра в обсерватории Сайдинг-Спрингс ученые получили подробнейшие спектры 16 членов группы, удобных для наблюдений в Австралии; оригинальная звезда Каптейна в их число не вошла. Результаты этих измерений приняты к публикации в Astronomical Journal и доступны в Архиве электронных препринтов Корнельского университета.

Измерения не разочаровали астрономов. У большинства звезд выборки оказался такой же избыток натрия и магния по отношению к железу, что и у звезд ω Cen – избыток, не характерный для звезд, рожденных в перемешанных диске или гало нашей Галактики. Обнаружился и относительный недостаток железа в сравнении с так называемыми s-элементами, синтезирующимися во время вспышек сверхновых – как легкими (стронций, иттербий и так далее), так и тяжелыми (от бария до неодима). В составе обычных представителей гало доля таких атомов (относительно атомов железа) меньше, чем у Солнца, а у звезд Каптейна – больше. Точь-в-точь как в ω Центавра.

Потерянное родство

Как полагают ученые, их результат надежно свидетельствует о родстве группы Каптейна и шарового скопления-переростка. Однако эти звезды – не результат примитивного приливного разрушения самого скопления. При наличии всех особенностей химического состава, характерных для ω Cen, звезды Каптейна обладают заметным разнообразием этих величин – заметным даже в выборке небольшого размера. Даже огромное шаровое скопление ω Cen в этом плане в среднем однороднее, чем 16 звезд выборки.

Единственное разумное объяснение такому разнообразию в том, что звезды Каптейна когда-то принадлежали не центральной части карликовой галактики, превратившейся со временем в ω Cen, а ее внешним слоям, растворившимся к нашей эпохе среди звездного населения Млечного Пути.

Кстати, из нынешних свойств ω Cen можно оценить размер той исходной галактики, а из него – и количество ее звезд, которые должны были смешаться с галактическим гало и диском. Если верить этим подсчетам, группа Каптейна – лишь вершина айсберга. Несколько сот таких объектов – или «объедков»? – остаются неоткрытыми в пределах тысячи световых лет от нас.