Текст книги "Журнал «Вокруг Света» №03 за 2007 год"
Автор книги: Вокруг Света Журнал
сообщить о нарушении
Текущая страница: 1 (всего у книги 12 страниц)
Уроки нательной живописи
На протяжении многих тысячелетий татуировка была одним из способов «опознавания» человека. У одних народов она служила знаком, информирующим о социальном статусе и достоинствах владельца, у других использовалась в качестве наказания. В наше время почти забытое искусство тату вновь оказалось на гребне моды.
Девушкам племени мекео (Папуа – Новая Гвинея) по достижении половой зрелости делают татуировку во время обряда «перехода»
Археологические исследования свидетельствуют о том, что искусство татуировки, то есть создание узоров путем введения красителя под кожу, известно людям с глубокой древности. Такие знаки обнаружены на теле Отци, человека бронзового века, одинокого путника, замерзшего в альпийских горах около 5 300 лет назад и найденного альпинистами в 1991 году. У Отци было 58 наколок в виде отдельных точек и коротких линий.
Татуированные мумии возрастом от четырех до двух с половиной тысяч лет известны также из захоронений в пустыне Такла-Макан на западе Китая . Здесь на лицах усопших проступают красные полосы и орнаменты из полуспиралей. Но самые сенсационные факты были добыты на Алтае, где в VIII веках до н. э. кочевали племена пазырыкской культуры, родственной скифам. В 1948 году при раскопах одного из курганов ленинградский ученый Сергей Руденко нашел богато татуированную мумию вождя, которая хранится теперь в Государственном Эрмитаже. Позднее, в 1990-е годы, новосибирские археологи Наталья Полосьмак и Вячеслав Молодин обнаружили мумии с татуировками в курганах того же времени на плато Укок в Горном Алтае. Фотографии рисунков на теле одной из мумий, прозванной позже принцессой Укока, обошли издания многих стран. Примечательно, что «звериные» узоры на коже пазырыкцев – кошачьи хищники, копытные животные или фантастические грифоны – повторялись. Они украшали не только тела, но и одежду, утварь, оружие, служа, как полагают исследователи, сакральным письмом или тщательно сохраняемым языком предков.
Женщина племени каян с острова Борнео. Специальные узоры ей нанесли еще до замужества для обозначения социального положения или в лечебных целях
Киркой по коже
Татуировку предпочитали светлокожие народности. И это понятно: ведь на темном теле темный же узор попросту незаметен, поэтому жители, к примеру, Африки и Океании вместо наколок часто украшали себя глубокими шрамами и рубцами.
Простейшим инструментом для татуирования могло служить острие колючки, но для создания сложных рисунков нужны были особые приспособления. Так, в древности по всей Полинезии применяли маленькую «кирку» с костяным зубчатым клинком. Мастер намечал на коже рисунок и вводил туда пигмент при помощи кирки, ударяя по ней палочкой. А в Новой Зеландии использовали нечто вроде скальпеля с прямым режущим лезвием (операция с ним, по всей видимости, должна быть особенно болезненной). Красители втирали рукой по свеженаколотому месту или работали уже окрашенным инструментом, погружая его в раствор. Иногда использовали устройство наподобие чернильной ручки. В ходу был угольный порошок, разведенный в воде, сажа, позже – порох. Для получения цветных узоров годилась киноварь. Площадь и глубина проникновения татуировки целиком зависели от местных традиций. Например, в Японии , Новой Зеландии, на Формозе или Маркизских островах «живопись» покрывала значительную часть поверхности тела. А, скажем, у южноамериканских индейцев-таулипангов девушкам, достигшим половой зрелости, было принято наносить знаки своего племени лишь в углах рта.
Сейчас «растительная» татуировка малайзийских воинов, некогда охотников за головами, повествует об их путешествиях и приключениях
В традиционных обществах татуировка сопровождала так называемые ритуалы перехода, совершаемые при наделении соплеменника новым социальным статусом. При этом его тело усовершенствовали, чтобы оно соответствовало тому общественному состоянию, в которое предстояло перейти. Наколки требовались во время обряда инициации, знаменующего превращение юноши в мужчину, при посвящении молодого человека в мужской союз (например, в союз воинов-охотников у народов Океании), вступлении в брак или при ношении траура. Причем «доделка» тела, сопровождающая различные ритуалы перехода, могла включать в себя не только татуировку, но и куда более болезненные процедуры: нанесение шрамов, рубцов, прижигание, частичную ампутацию пальцев, удаление зубов.
Неизгладимые знаки нужны человеку не только для полноценной жизни на земле, но и для того, чтобы однажды он мог навсегда отправиться в мир теней. Тот, кто не будет иметь знаков на теле, не подготовлен к загробному существованию. Так, в племени каян с острова Борнео верили, что татуировка служит светящимся факелом для души, отправляющейся к месту вечного пребывания в мир умерших. В новозеландском сказании о вожде Матаоре тату становится священным даром, который главный герой приносит из путешествия в потусторонний мир. В целом в мифологии народов мира присутствует некое общее убеждение, что человеческое тело – это основа мироздания, та матрица, которая порождает организацию мирового порядка. Внося необратимые изменения в свой облик, в том числе нанося татуировки, люди верили, что они меняют собственную природу.
В Юго-Восточной Азии выпускников буддийских монастырей разрисовывают изображениями зверей и магическими знаками
Античные историки оставили нам более точные указания о значении татуировок. Из письменных источников известно, что варвары считали наколки почетными. Как писал Геродот о фракийцах: «Татуировка [на теле] считается у них [признаком] благородства. У кого ее нет, тот не принадлежит к благородным». Напротив, цивилизованные племена, то есть сами древние греки, а вслед за ними и римляне, относились к татуировкам совершенно иначе – как к наказанию. Их наносили провинившимся рабам и опасным преступникам. Описывая татуировку, греческие авторы употребляли слова с корнем stig-. Отсюда выводят слово «стигма», вошедшее в современные языки, включая русский, где оно обычно обозначает выжженное клеймо у преступника, шрам или рубец. Кстати, не исключено, что отрицательное отношение к нательным рисункам греки позаимствовали у восточных соседей – персов, применявших манипуляции с телом в качестве наказания.
Европейцев познакомил с татуировкой капитан Джеймс Кук после посещения острова Таити в 1769 году, где он впервые увидел людей с несмываемыми узорами на теле. Сами таитяне называли их tatau, что значит «наносить раны». С тех пор термин перешел в западные языки, почти не изменившись. А вот назначение искусства стало иным. Христианский мир перенял у древних греков и римлян негативное отношение к тату как к позорному клейму. Наколки стали уделом немногих маргиналов, уголовников или отдельных профессиональных групп, например моряков. Такая ситуация сохранялась вплоть до конца прошлого века, когда мода на татуировки охватила самые разные слои западного общества.
Лицо девушки племени юлик с Аляски украшено традиционными женскими символами, выражающими желание иметь детей
Наколки – «лучшие друзья» девушек
Современная татуировка – чаще всего некий рисунок сродни картине, это – самовыражение художника на необычном материале. В мире существует большое количество профессиональных объединений мастеров татуировки, усилиями которых проводятся выставки тату и даже создаются музеи. Кардинально изменилась и техника нанесения рисунков. В 1891 году американец Самуэль Орейли изобрел татуировочную машинку основанную на роторном устройстве, запатентованном Томасом Эдисоном. Машинка Орейли значительно ускоряла работу и делала процедуру менее болезненной. В то же время в Англии был изобретен аппарат, приводимый в действие индукционными катушками. Сейчас индукционная машинка – основной инструмент мастеров. Разнообразие красителей позволяет делать татуировки многоцветными, светящимися в темноте, в ультрафиолете, невидимыми со временем. Кстати, body-art – временные рисунки на теле, наносимые хной, акриловыми красками, гуашью, татуировкой не считаются, поскольку не предполагают механического повреждения кожи, они легко смываются или исчезают через несколько недель. Настоящую татуировку можно свести только операционным путем: с помощью лазерной шлифовки, микропилинга или хирургического удаления участка кожи.
С начала 1990-х годов журналисты, а вслед за ними и социологи обратили внимание на явление, вскоре названное «Ренессансом татуировок». Имелось в виду не только увеличение числа людей с татуировками, но и приобщение к этой традиции новых социальных групп – людей среднего класса, подростков, женщин.
Вдобавок к наколкам современные европейцы и американцы позаимствовали у традиционных народов шрамирование, клеймение раскаленным металлом, пирсинг, подкожные имплантаты из металла и других материалов (после вживления они выступают на теле объемными фигурами), растяжение мочек уха. Ритуалы и эстетика коренных народов Африки, Индии , Америки и Полинезии, попав на благодатную почву, тут же слились с урбанистической техно-кожано-латексной субкультурой. Позже к этой смеси добавились любители перформанса, панки (которые всегда интересовались этническим стилем), новые феминистки (всесторонне исследующие, каким ограничениям подвергается женское тело в патриархальном обществе). Типичный «современный варвар» с наколкой, каким рисуют его американские социологи, – это белокожий субъект, получивший высшее образование, представитель среднего класса, часто гомосексуальный, сторонник идеологии New Age с четкими политическими пристрастиями. И вот уже специалисты обсуждают «культурную политику модификаций человеческого тела». Неудивительно, что эти «модификации» оказались созвучны некоторым идеям научной фантастики ХХ века о создании на основе живых организмов биомеханических существ.
При всей изученности истории вопроса остается совершенно неясным, что же лежит в основе сегодняшней тяги к татуировкам. Может быть, это подсознательный ответ благополучных жителей современных городов, противопоставляющих себя «сытым ценностям» индустриального мира? А может быть, архаическое мышление не покинуло нас безвозвратно и готово вернуться?
Мария Медникова, доктор исторических наук
Столкновения галактик
Спиральная галактика Водоворот (M51, NGC 5194/95). Ее ярко выраженная спиральная структура, по-видимому, возникла из-за гравитационного влияния меньшей галактики NGC 5195 (справа), свет которой частично заслоняется пылью на конце спирального рукава M51
Галактики представляются нам совершенно неизменными и стабильными объектами, но на самом деле их жизнь полна движения. Вселенная же подобна гигантскому перекрестку, на котором отключили светофоры. Правда, здесь многочисленные столкновения галактических объектов не разрушают их, а лишь способствуют эволюции галактик.
Изучение галактик началось, как это обычно бывает, с попытки систематизировать их по внешнему виду. Так возникла знаменитая хаббловская классификация, о которой речь пойдет позже. Но когда в 50-х годах прошлого века астрономы стали пристально изучать галактики, расположенные близко друг к другу, выяснилось, что многие из них имеют весьма необычный, или, как говорят, пекулярный, вид. Иногда, даже одиночные, они выглядят настолько «непрезентабельно», что их невозможно пристроить ни в одно место приличной во всех отношениях хаббловской последовательности. Часто они как бы протягивают друг другу руки – тонкие звездные перемычки – или выбрасывают в противоположные стороны длинные закрученные хвосты. Такие галактики стали называть взаимодействующими. Правда, их тогда наблюдалось не более 5% от числа нормальных объектов, и потому редко встречающиеся уродцы долгое время не привлекали особого внимания.
Одним из первых всерьез занялся их изучением Б.А. Воронцов-Вельяминов . С его легкой руки одна из самых необычных пар NGC 4676 получила название сначала Играющие Мышки, а потом и просто Мышки. Под таким прозвищем она и фигурирует теперь в серьезных научных статьях. Есть и другие интересные экземпляры пекулярных объектов, больше известные под своими «партийными кличками», чем под паспортными данными каталогов – Антенны (NGC 4038/39), Атом Мира (NGC 7252), Водоворот (M 51 или NGC 5194/95).
Как влияет гравитация на внешний вид галактик, легче всего понять на примере тех объектов, у которых есть хвосты и перемычки. Вспомним, как Луна заставляет «вспучиваться» земной океан с двух противоположных сторон. Из-за вращения планеты эти приливные волны бегут по земной поверхности. Точно так же у дисковой галактики при сближении с другой галактикой возникают приливные горбы, вытянутые как в направлении возмутителя спокойствия, так и в противоположном. Позже эти горбы закручиваются в длинные хвосты из звезд и газа из-за дифференциального вращения: периоды обращения звезд вокруг центра галактики растут с удалением от центра. Подобную картину удалось воспроизвести в компьютерных экспериментах, когда астрономы занялись численным моделированием гравитационного взаимодействия галактик.
Галактики Мышки (NGC 4676). Одна из самых знаменитых пар взаимодействующих галактик. Приливные силы вызвали у них образование длинных и тонких хвостов
Первые модели были почти игрушечными. В них движение пробных частиц, распределенных на круговых орбитах вокруг массивной точки, возмущалось пролетающей мимо другой массивной точкой. На таких моделях в 1972 году братья Алар и Юри Тумре (Alar & Juri Toomre) всесторонне изучили, как зависит образование приливных структур от параметров столкновения галактик. Например, оказалось, что звездные мосты, соединяющие галактики, хорошо воспроизводятся при взаимодействии объекта с маломассивной галактикой, а хвосты – при столкновении дисковой системы с галактикой сравнимой массы. Другой интересный результат получался при пролете возмущающего тела мимо диска спиральной галактики в одном направлении с его вращением. Относительная скорость движения оказывалась небольшой, спиральной галактики последствиям. Братья Тумре построили модели ряда известных взаимодействующих систем, в том числе Мышек, Антенн и Водоворота, и высказали важнейшую мысль, что итогом столкновения галактик может быть полное слияние их звездных систем – мержинг.
Но игрушечные модели не могли даже проиллюстрировать эту идею, а эксперимент над галактиками не поставишь. Астрономы могут лишь наблюдать разные стадии их эволюции, постепенно восстанавливая из разрозненных звеньев всю цепочку событий, растянутую на сотни миллионов и даже миллиарды лет. Когда-то Гершель очень точно сформулировал эту особенность астрономии: «[Небо] мне представляется теперь чудесным садом, в котором размещено огромное количество самых разнообразных растений, высаженных на различные грядки и находящихся на разных стадиях развития; из такого состояния вещей мы можем извлечь по крайней мере одну пользу: наш опыт растянуть на огромные отрезки времени. Ведь не все ли равно, будем мы последовательно присутствовать при зарождении, цветении, одевании листьями, оплодотворении, увядании и, наконец, окончательной гибели растений или одновременно будем наблюдать много образцов, взятых на разных ступенях развития, через которые растение проходит в течение своей жизни?»
Алар Тумре сделал целую подборку из 11 необычных галактик-мержеров, которые, будучи выстроенными в определенную последовательность, отражали разные стадии взаимодействия – от первого близкого пролета и распускания хвостов до последующего слияния в единый объект с торчащими из него усами, петлями и клубами дыма.
Галактики на разных стадиях слияния из последовательности Тумре
Но настоящий прорыв в исследованиях обеспечил космический телескоп «Хаббл». Одна из реализованных на нем исследовательских программ состояла в длительном – до 10 суток подряд – наблюдении двух небольших участков неба в Северном и Южном полушариях неба. Эти снимки получили название Глубоких полей «Хаббла». На них видно огромное количество далеких галактик. До некоторых из них больше 10 миллиардов световых лет, а значит, они на столько же лет моложе ближайших соседей нашей Галактики. Результат исследований внешнего вида, или, как говорят, морфологии далеких галактик, оказался ошеломляющим. Если бы Хаббл имел под рукой только изображения галактик из Глубоких полей, вряд ли он построил бы свой знаменитый «камертон». Среди галактик с возрастом около половины возраста Вселенной почти 40% объектов не укладываются в стандартную классификацию. Значительно больше оказалась и доля галактик с явными следами гравитационного взаимодействия, а значит, нормальные галактики должны были в молодости пройти через стадию уродцев. В более плотной среде ранней Вселенной столкновения и слияния оказались важнейшим фактором эволюции галактик.
Но для понимания этих процессов было уже недостаточно первых игрушечных моделей взаимодействия галактик. В первую очередь потому, что они не воспроизводили эффекты динамического трения звездных систем, которые в конечном счете приводят к потере энергии орбитального движения и слиянию галактик. Требовалось научиться полноценно рассчитывать поведение систем из миллиардов притягивающих друг друга звезд.
Эдвин Хаббл (18891953) – первооткрыватель расширения Вселенной, автор первой классификации галактик
Камертон Хаббла
Классификацию галактик по их морфологии Эдвин Хаббл предложил в 1936 году. На левом конце этой последовательности расположены эллиптические галактики – сфероидальные системы разной степени сплюснутости. Далее она тянется к плоским спиральным галактикам, выстроенным в порядке уменьшения степени закрутки их спиральных ветвей и массы их сферической подсистемы – балджа. Отдельно стоят неправильные галактики, вроде двух самых заметных спутников Млечного Пути, видимых на небе Южного полушария, – Большого и Малого Магеллановых Облаков. При переходе к спиральным галактикам хаббловская последовательность раздваивается, давая начало самостоятельной ветви спиральных галактик с перемычками, или барами, – гигантскими звездными образованиями, пересекающими ядро галактики, от концов которых отходят спиральные ветви. Считается даже, что это не просто самостоятельная ветвь классификации, а чуть ли не основная, так как барами обладают от половины до двух третей спиральных галактик. По причине раздвоенности эту классификацию часто называют «камертоном Хаббла».
Результаты проекта Millenium Simulation. Моделировалось движение 10 млрд материальных точек на протяжении 13 млрд лет. На верхнем кадре каждое яркое пятнышко соответствует галактике
По мере накопления наблюдательного материала стало ясно, что внешний вид галактик тесно связан с их внутренними свойствами – массой, светимостью, структурой звездных подсистем, типами населяющих галактику звезд, количеством газа и пыли, скоростью рождения звезд и др. Казалось, отсюда всего полшага до разгадки происхождения галактик различных типов – все дело в начальных условиях. Если первоначальное протогалактическое газовое облако практически не вращалось, то в результате сферически-симметричного сжатия под действием сил тяготения из него образовывалась эллиптическая галактика. В случае вращения сжатие в направлении, перпендикулярном оси, останавливалось благодаря тому, что тяготение уравновешивалось возросшими центробежными силами. Это приводило к формированию плоских систем – спиральных галактик. Считалось, что сформировавшиеся галактики в дальнейшем не испытывают никаких глобальных потрясений, в одиночестве производя на свет звезды и неспешно старея и краснея по цвету за счет их эволюции. В 5060-х годах прошлого века считалось, что в этом описанном сценарии так называемого монолитного коллапса остается уточнить лишь некоторые детали. Но как только взаимодействие галактик было признано двигателем их эволюции, эта упрощенная картина стала неактуальной.
Секстет Сейферта. Четыре сливающиеся галактики плюс приливный выброс из одной из них (справа внизу) и далекая спиральная галактика (в центре)
Два в одном
Проблема предсказания движения большого числа массивных точек, взаимодействующих по закону всемирного тяготения, получила в физике название задачи N тел. Решить ее можно только методом численного моделирования. Задав массы и положения тел в начальный момент, можно по закону тяготения вычислить действующие на них силы. Полагая эти силы неизменными в течение короткого отрезка времени, легко рассчитать новое положение всех тел по формуле равноускоренного движения. А повторяя эту процедуру тысячи и миллионы раз, можно смоделировать эволюцию всей системы.
В галактике вроде нашей более ста миллиардов звезд. Напрямую рассчитать их взаимодействие не под силу даже современным суперкомпьютерам. Приходится прибегать к разного рода упрощениям и ухищрениям. Например, можно представлять галактику не реальным числом звезд, а таким, какое может осилить компьютер. В 1970-х годах брали всего по 200500 точек на галактику. Но расчет эволюции таких систем приводил к нереалистичным результатам. Поэтому все эти годы шла борьба за увеличение числа тел. Сейчас обычно берут по нескольку миллионов звезд на галактику, хотя в отдельных случаях при моделировании зарождения первых структур во Вселенной используют до десяти миллиардов точек.
Другое упрощение состоит в приближенном расчете взаимного притяжения тел. Так как сила тяготения быстро убывает с расстоянием, притяжение каждой далекой звезды не обязательно вычислять слишком точно. Далекие объекты можно сгруппировать, заменив одной точкой суммарной массы. Эта методика получила название TREE CODE (от англ. tree– дерево, поскольку группы звезд собираются в сложную иерархическую структуру). Сейчас это самый популярный подход, многократно ускоряющий вычисления.
Столкновение галактик NGC 2207 и IC 2163 продолжается уже 40 миллионов лет. В будущем их ждет полное слияние
Но и на этом астрономы не успокоились. Они даже разработали специальный процессор GRAPE, который не умеет делать ничего, кроме расчета взаимного гравитационного притяжения N тел, но зато с этой задачей справляется чрезвычайно быстро!
Численное решение задачи N тел подтвердило идею Тумре о том, что две спиральные галактики при столкновении могут слиться в один объект, весьма похожий на эллиптическую галактику. Интересно, что совсем незадолго до получения этого результата известный астроном Жерар де Вокулер на симпозиуме Международного астрономического союза скептически заявлял: «После столкновения вы получите искореженный автомобиль, а не новый тип автомобиля». Но в мире взаимодействующих галактик два столкнувшихся автомобиля, как это ни странно, превращаются в лимузин.
Последствия слияния галактик оказываются еще более поразительными, если учесть наличие у них газовой составляющей. В отличие от звездной составляющей газ может терять кинетическую энергию: она переходит в тепло, а потом в излучение. При слиянии двух спиральных галактик это приводит к тому, что газ «стекает» к центру продукта слияния – мержера. Часть этого газа очень быстро превращается в молодые звезды, что приводит к феномену ультраярких инфракрасных источников.
Галактика Тележное Колесо (Cartwheel, слева) миллионы лет назад испытала удар, перпендикулярный плоскости диска. Его след – расширяющееся кольцо активного звездообразования. Инфракрасные наблюдения выявили подобное кольцо и в знаменитой Туманности Андромеды (M31, внизу)
Интересен также эффект от столкновения маленького «спутника» с большой спиральной галактикой. Последняя в итоге увеличивает толщину своего звездного диска. Статистика наблюдательных данных подтверждает результаты численных экспериментов: спиральные галактики, входящие в состав взаимодействующих систем, в среднем в 1,52 раза толще, чем одиночные. Если маленькая галактика умудряется «въехать» буквально в лоб крупной спиральной, перпендикулярно ее плоскости, то в диске возбуждаются расходящиеся кольцеобразные волны плотности, как от камня, брошенного в пруд. Вместе с обрывками спиральных ветвей между гребнями волн галактика становится похожей на тележное колесо. Именно так и называется один из уродцев мира галактик. Лобовые столкновения очень редки, тем более удивительно, что в спокойной галактике Туманность Андромеды обнаружены две такие волны. Об этом в октябре 2006 года сообщила команда астрономов, обрабатывающая наблюдения космического телескопа «Спитцер». Кольца хорошо видны в инфракрасном диапазоне в той области, где излучает пыль, связанная с газовым диском. Компьютерное моделирование показало, что причиной необычной морфологии нашей ближайшей соседки является ее столкновение с галактикой-спутником M32, который около 200 миллионов лет назад пронзил ее насквозь.
Судьба самих спутников галактик более печальна. Приливные силы, в конце концов, буквально размазывают их по орбите. В 1994 году в созвездии Стрельца был обнаружен необычного вида карликовый спутник Млечного Пути. Частично разрушенный приливными силами нашей Галактики, он вытянулся в длинную ленту, состоящую из движущихся групп звезд протяженностью на небе около 70 градусов, или 100 тысяч световых лет! Кстати, карликовая галактика в Стрельце теперь числится ближайшим спутником нашей Галактики, отняв это звание у Магеллановых Облаков. До нее всего около 50 тысяч световых лет. Другая гигантская звездная петля обнаружена в 1998 году вокруг спиральной галактики NGC 5907. Численные эксперименты очень хорошо воспроизводят такие структуры.
Модель столкновения спиральных галактик. Третий кадр очень напоминает галактики Мышки (Т – время в миллионах лет)
Охота на темную материю
Еще в начале 1970-х годов появились серьезные доводы в пользу того, что галактики помимо звезд и газа содержат так называемые темные гало. Теоретические аргументы следовали из соображений устойчивости звездных дисков спиральных галактик, наблюдательные – из больших, не спадающих к краю скоростей вращения газа на далекой периферии галактических дисков (звезд там уже почти нет, и поэтому скорость вращения определяют по наблюдениям газа). Если бы вся масса галактики содержалась преимущественно в звездах, то орбитальные скорости газовых облаков, расположенных за пределами звездного диска, становились бы с расстоянием все меньше и меньше. Именно это наблюдается у планет в Солнечной системе, где масса в основном сосредоточена в Солнце. В галактиках это зачастую не так, что указывает на наличие какого-то дополнительного, массивного, а главное – протяженного компонента, в чьем гравитационном поле газовые облака приобретают большие скорости.
Численные модели звездных дисков также преподносили сюрпризы. Диски оказались очень «хрупкими» образованиями – они быстро и порой катастрофически изменяли свою структуру, самопроизвольно сворачиваясь из плоской и круглой лепешки в батон, по-научному – бар. Ситуация отчасти прояснилась, когда в математическую модель галактики ввели массивное темное гало, не дающее вклада в ее общую светимость и проявляющее себя лишь через гравитационное воздействие на звездную подсистему. О структуре, массе и других параметрах темных гало мы можем судить лишь по косвенным признакам.
Результаты проекта Millenium Simulation. Моделировалось движение 10 млрд материальных точек на протяжении 13 млрд лет. На верхнем кадре каждое яркое пятнышко соответствует галактике
Один из способов получить информацию о строении темных гало – изучение протяженных структур, которые образуются у галактик при их взаимодействии. Например, иногда при близком пролете одна галактика «крадет» у другой часть газа, «наматывая» его на себя в виде протяженного кольца. Если повезет и кольцо окажется перпендикулярным плоскости вращения галактики, то такая структура – полярное кольцо – может довольно долго просуществовать не разрушаясь. Но сам процесс формирования подобных деталей сильно зависит от распределения массы на больших расстояниях от центра галактики, где звезд уже почти нет. Например, существование протяженных полярных колец удается объяснить, только если масса темных гало будет примерно вдвое превышать массу светящегося вещества галактики.
Приливные хвосты также служат надежными индикаторами присутствия темной материи в периферийных областях галактик. Их можно назвать термометрами «наоборот»: чем больше масса темного вещества, тем короче «ртутный столбик», в роли которого выступает приливной хвост.
Два замечательных открытия внегалактической астрономии – существование темной материи и мержинг галактик – сразу взяли на вооружение космологи, тем более что ряд космологических наблюдательных тестов тоже указывал: темного вещества в природе примерно на порядок больше, чем обычного. Пожалуй, первое свидетельство существования скрытой массы было получено еще в 1933 году, когда Ф. Цвикки заметил, что галактики в скоплении Волос Вероники двигаются быстрее, чем ожидалось, а значит, должна быть какая-то невидимая масса, удерживающая их от разлета. Природа темной материи остается неизвестной, поэтому обычно говорят о некоем абстрактном холодном темном веществе (cold dark matter, CDM), которое с обычным веществом взаимодействует только гравитационно. Но именно оно благодаря своей большой массе служит тем активным фоном, на котором разыгрываются все сценарии зарождения и роста структур во Вселенной. Обычное же вещество лишь пассивно следует предлагаемому сценарию.
Эти представления легли в основу так называемого сценария иерархического скучивания. По нему первичные возмущения плотности темной материи возникают за счет гравитационной неустойчивости еще в молодой Вселенной, а затем умножаются, сливаясь друг с другом. В итоге образуется множество гравитационно-связанных темных гало, различающихся по массе и угловому (вращательному) моменту. Газ скатывается в гравитационные ямы темных гало (этот процесс называется аккрецией), что и приводит к появлению галактик. История слияний и аккреции каждого сгустка темной материи во многом определяет тип галактики, которая в нем зарождается.
Привлекательность сценария иерархического скучивания в том, что он очень неплохо описывает крупномасштабное распределение галактик. Самый впечатляющий численный эксперимент, проведенный в рамках этого сценария, носит название Millenium Simulation. О его результатах астрономы доложили в 2005 году. В эксперименте решалась задача N тел для 10 миллиардов (!) частиц в кубике с ребром 1,5 миллиарда парсек. В итоге удалось проследить эволюцию перепадов плотности темной материи от момента, когда Вселенной было всего 120 миллионов лет, до наших дней. За это время почти половина темной материи успела собраться в темные гало различных размеров, которых насчитывалось около 18 миллионов штук. И хотя полного и безоговорочного согласия с результатами наблюдений крупномасштабной структуры получить не удалось, все еще впереди.
