Спиральные ветви имеют сложный рисунок, динамичную форму и многообразие структур при единстве главных черт. Излучение от спиральных ветвей составляет большую часть излучения всей спиральной галактики и определяет общий вид звёздной системы. Для выяснения сущности явления спиральных ветвей необходимо определить механизм их образования. Крупномасштабная спиральная структура Нашей Галактики чётко выявляется по далёким пульсарам, спиральные ветви, определяемые по пространственному положению пульсаров, хорошо соответствуют ветвям, найденным по положению зон Н 11. По-видимому, в ветвях находятся в основном наиболее яркие и потому наиболее молодые (в среднем) пульсары. В то же время близкие к Солнцу пульсары, среди которых большинство имеет низкую радиосветимость, не обнаруживают связи со спиральными рукавами.[15]
Ветви содержат малую часть всех звёзд галактики, но в них сосредоточены почти все горячие звёзды высокой светимости. Звёзды этого типа относятся к молодым, поэтому спиральные ветви можно считать местом образования звёзд. Кроме молодых звёзд в рукавах сосредоточена большая часть межзвездного газа галактики, из которого и образуются звёзды. По характеру спиральных ветвей спиральные галактики делятся на классы. У одних ветви тонки и туго навиты, а других – они более размыты и круто удаляются от центральной области. Одна из распространённых классификаций спиральных галактик принадлежит французскому астроному Ж. Вокулёру[16].
Газ в спиральных ветвях состоит в основном из водорода и часто образует плотные диффузные туманности, служащие ориентиром при определении вида спиральных ветвей. Ещё одним признаком ветвей является рассеянная в газе межзвёздная пыль, обнаруживаемая по производимому ею поглощению. Она видна как тонкая тёмная полоса по внутреннему (ближе к центру галактики) краю спиральной ветви. Кроме того, в рукавах наблюдаются тонкие полоски, пересекающие рукава и отдельные тёмные массы. Концентрация звёзд, образующих галактический диск, тоже увеличивается в ветвях. Звёзды, газ и др. объекты галактического диска движутся по орбитам, близким к круговым.
Спиральные ветви могут быть волнами плотности. Волны распространяются по звёздному населению. А газ реагирует на возмущение гравитационного потенциала, связанного с волнами, бегущими по системе звёзд, т. е. его движение в гравитационном поле рукавов является несамосогласованным. При протекании межзвёздного газа через спиральные рукава в нём могут происходить своего рода фазовые переходы с образованием облачной структуры.
Возможно, Солнце в Галактике находится в исключительном положении. Поскольку галактический диск вращается дифференциально, а спиральные рукава – твёрдотельно, в Нашей Галактике должна существовать окружность, на которой угловые скорости диска и волны плотности равны.
Глава II. Квазары. Местная группа галактик.
Квазары.
В 1963 году были открыты квазары – самые мощные источники радиоизлучения во Вселенной со светимостью в сотни раз большей светимости галактик и размерами в десятки раз меньшими их. Возможно, что квазары представляют собой нестационарные ядра новых галактик, и процесс образования галактик продолжается и поныне.[17] Квазары имеют звёздообразный вид. Для квазаров характерно внетепловое излучение, широкие эмиссионные линии со значительным красным смещением. Известно измеренных более 1500 квазаров, больше оптических, чем радиоквазаров. Около нескольких близких квазаров обнаружены слабые туманности, состоящие из звёзд. По светимости они примыкают к сейфертовским галактикам, обладают переменностью излучения и выбросами вещества с огромными скоростями. Поглощающей средой могут быть короны галактик или отдельные облака холодного газа в межгалактическом пространстве.[18] При небольших размерах (не более 1 светового месяца) средний квазар излучает вдвое больше энергии, чем вся наша Галактика, имеющая в поперечнике размер в 100 тысяч световых лет и состоящая из 200 млрд. звёзд.[19] В 2000 г. американские астрономы обнаружили квазар на расстоянии 24 млрд. световых лет от Земли (время, прошедшее с момента Большого Взрыва до сих пор считалось 13,9 млрд. лет). И, на первый взгляд, совершенно непонятно, как за это время квазар мог «улететь» столь далеко – ведь тогда он должен был двигаться почти в два раза быстрее света. А сверхсветовые движения материальных объектов запрещены теорией относительности. Расстояние до этого квазара рассчитали по красному смещению спектра излучения. Огромное расстояние до квазара получило объяснение в рамках теории «горячей вселенной»: в первые мгновения после Большого Взрыва наступила стадия инфляции, когда Вселенная оказалась разбита на множество изолированных областей. Каждая область расширялась со скоростью, близкой к скорости света, а вселенная целиком – со скоростью, в млн. раз превышающей её. Противоречия с теорией относительности в этом нет. Теория накладывает ограничение на скорость движения материи, а во время инфляции «раздувалось» само пространство. Открытие этого квазара почти в два раза расширило границы видимой части вселенной и послужило доказательством справедливости современных космологических представлений.[20]