Спиралевидная галактика


Во Вселенной существуют галактики нереального размера, в тысячи раз больше нашей. Но среди них нет ни одной спиральной!

Иногда я сижу в одиночестве под звёздами
и думаю о галактиках внутри моего сердца
и размышляю, захочет ли кто-нибудь
придать всему этому смысл.
Я хочу.
— Тести Мактестерсон

Наблюдая ночное небо из затемнённой местности невооружённым глазом, можно увидеть звёзды, планеты, и даже тусклые кластеры и туманности. Но если найти действительно тёмное безлунное небо, один объект доминирует над всеми остальными по масштабам и размаху: грандиозный Млечный путь!

Спиралевидная галактика

Это плоскость нашей галактики, видимая с ребра с нашей точки зрения изнутри неё. Она огромна, содержит сотни миллиардов звёзд, и растянулась на 100 000 световых лет в диаметре. Но что насчёт галактик большего размера? Вряд ли наша такая уж выдающаяся? И на эту тему на текущей неделе был задан вопрос читателем Дугом Ватсом:

Почему нет реально больших галактик? Есть какие-то ограничения, не позволяющие спиральным галактикам стать больше, чем Млечный путь или Андромеда в тысячу или десять тысяч раз?

Оказывается, что Млечный путь – далеко не самая большая из спиральных галактик. Как и Андромеда – крупнейшая галактика в нашем небе по угловому размеру.


Спиралевидная галактика

Конечно, Андромеда выглядит такой большой в нашем небе из-за комбинации двух факторов:

она и вправду большая! Она содержит порядка триллиона звёзд – то есть в 3-5 раз больше, чем у нас, а её диаметр больше чем в два раза превышает диаметр нашей галактики – он составляет 220 000 световых лет. Это крупнейшая галактика в нашей локальной группе
она близко к нам! Всего лишь в 2,54 миллионов световых лет – это самая близкая к нам большая галактика

Локальная группа не зря так называется – всё, что в неё входит, гравитационно связано с нами. Через несколько миллиардов лет Андромеда, Млечный путь, галактика Треугольника и все другие небольшие галактики сольются вместе в единую гигантскую галактику.

А тип этой галактики, хотите – верьте, хотите – нет, содержит ответ на вопрос читателя.


В результате появится не спиральная галактика, превосходящая нашу, но гигантская эллиптическая! Прежде чем мы перейдём к обсуждению причин этого явления, вспомним, что мы здесь занимается наукой, и рассмотрения парочки изолированных примеров будет недостаточно. Если нам нужно корректно просчитать, что случится с Вселенной, нам нужно принять во внимание весь набор наблюдаемых фактов, и делать выводы из него.

Если мы посмотрим на все галактики Вселенной – и выберем крупнейшие – что мы увидим?

Спиралевидная галактика

Вот вам интересный пример – на этой картинке есть несколько галактик, и одна из них вполне сравнима с Млечным путём. Это спираль справа — IC 4970, гравитационно взаимодействующая с её гигантским соседом.

Но гигантская галактика с этой картинки, та, что имеет два огромных рукава, простирается ещё дальше, чем картинка показывает. Благодаря ультрафиолетовому свету, наблюдаемому с космического аппарата GALEX, мы знаем, что с точки зрения физических размеров эта галактика крупнейшая спиральная галактика из всех открытых.

Спиралевидная галактика

Это галактика NGC 6872, 522 000 световых лет в поперечнике. Возможно, существуют спирали и побольше, а эту мы нашли, поскольку она находится от нас на расстоянии «всего лишь» 200 миллионов световых лет. Однако, она гораздо массивнее Млечного пути, Андромеды, и даже их вместе взятых – она гораздо крупнее, и, судя по нашим представлениям, спираль большего размера вряд ли может образоваться.

Но существуют галактики и побольше этой – просто все они эллиптические!


Спиралевидная галактика

Даже изучив кластер Девы, ближайший большой кластер галактик, мы найдём крупную галактику Messier 87 диаметром в миллион световых лет, содержащую триллионы звёзд, и массой превосходящей нашу в 200 раз.

Спиралевидная галактика

Галактика на картинке выше — IC 1101, крупнейшая из найденных галактик во Вселенной. Она находится на расстоянии в 1,07 миллиарда световых лет, содержит 100 триллионов звёзд (в 1000 раз больше, чем Млечный путь), масса её составляет 1015 солнечных, диаметр – 5-6 миллионов световых лет.

Если сравнить её с крупнейшей из известных спиральных галактик, то получится, что у неё:

  • почти в 100 раз больше звёзд
  • в несколько сотен раз больше масса
  • в 10 раз больше диаметр

Так что читатель-то прав!

Спиралевидная галактика


Во Вселенной можно найти достаточно галактик – обычно в центрах гигантских кластеров – масса которых в сотни и тысячи раз превышает массу Млечного пути, но все они не спиральные. К примеру, огромная и яркая спираль справа внизу на изображении кластера Форнакс (выше) имеет физический размер такой же, как и самые крупные галактики слева вверху, но по массе она не дотягивает даже до Андромеды, а гигантские эллиптические галактики многократно превышают Андромеду по массе.

Так отчего же спиральные галактики проигрывают, начиная с определённого размера? Чтобы понять это, давайте посмотрим симуляцию формирования галактики, с моим описанием этапов развития:

  • В ранней Вселенной, вскоре после Большого взрыва, небольшие регионы, которым посчастливилось от рождения содержать больше материи и энергии, чем другим, начинают притягивать больше материи;
  • Со временем они притягивают столько материи, что газовые сгустки коллапсируют и начинается формирование звёзд и звёздных кластеров;
  • Эти кластеры являются частью большей структуры асимметричной формы, коллапсирующей по самой короткой из осей и формирующей диск;
  • Диск обрастает всё новой материей, собирая все ближайшие кластеры, и приобретает спиралевидную форму из-за колебаний плотности;
  • Со временем, мелкие и средние кластеры, вливающиеся в него, затягиваются в центр галактики, сохраняя спиральную структуру.

На этом кончается симуляция и эта часть истории. Скорее всего, именно так сформировались Млечный путь, Андромеда и все другие спиральные галактики. Огромное газовое облако сколлапсировало из-за гравитации, превратилось в блин и закрутилось. Волны плотности, возникающие из-за неравномерностей диска, создали спиральную картину, и она осталась таковой, поскольку ни одно катастрофическое событие её не нарушило.

Но тот самый процесс, благодаря которому рождаются крупные галактики – слияние двух или нескольких больших галактик – и способствует разрушению спиральной структуры!

Спиралевидная галактика

Именно это в основном мы и наблюдаем: изолированные галактики, никогда не участвовавшие в слиянии, имеют форму спирали. Галактики, участвующие в слиянии, очень сильно деформированы и содержат огромные количества формирующихся звёзд. И галактики, которые недавно прошли этот процесс, и где активное звёздообразование уже завершено, успокаиваются, формируя эллиптическую форму.

Спиралевидная галактика

Если бы мы захотели, чтобы две большие галактики слились и сформировали спиральную, у них должна была бы быть чрезвычайно удачно совпадающая начальная конфигурация (что статистически маловероятно), включающая нужную ориентацию и вращение. И чем больше случится слияний крупных галактик, тем больше у нас шансов уничтожить спиральную структуру и остаться с эллиптической.


Существуют даже несколько галактик, напоминающих гибрид спиралей и эллипсов. Это, как считается, произошло в результате «полукрупного слияния», когда большая галактика сливается с меньшей по размеру, в результате чего создаётся эллиптическая форма, но при этом сохраняется спиральная.

Спиралевидная галактика

Именно поэтому крупнейшие спиральные галактики во Вселенной не такие уж и большие, и чем более крупные галактики проходят через слияние, тем больше у них шансов стать гигантскими эллиптическими, а не спиральными! Спасибо за прекрасный вопрос, Дуг, и надеюсь, что ответ удовлетворяет твоё любопытство. Присылайте мне ваши вопросы и предложения для следующих статей.

Источник: habr.com

Как устроена галактика: ядро, балдж, гало, звездный диск.

Спиральный галактики (к которым относится и наша галактика Млечный путь) имеют схожее внутреннее строение.

Типичная спиральная галактика состоит из трех основных частей:

  • звездного диска
  • звездного гало
  • галактического ядра

Ядро расположено в центре галактики, область вокруг ядра называется гало, а само гало уже окружено массой звезд называемых звездным диском.


Галактическое ядро

Галактическое ядро представляет собой очень малую по сравнению с размерами всей галактики область, однако именно здесь располагается центр притяжения всей галактики – обычно сверхмассивная черная дыра, обладающая невероятно большой массой (для Млечного пути расчетный “вес” такой черной дыры составил вес около трех миллионов масс Солнца!).

Галактическое гало

Галактическое гало – гигантское сферообразное  “звездное облако” или “звездная сфера” сконцентрированное вокруг галактического ядра. Фактически границы нашей Галактики определяются именно размерами гало. Ра­диус гало значительно больше разме­ров звездного диска галактики и по некоторым данным достигает нескольких сот тысяч све­товых лет.

Состоит гало в основном из очень старых, неярких мало массивных звёзд. Они встречаются как поодиночке, так и в виде шаровых скоплений, которые могут включать в себя более миллиона звёзд. Возраст населения сферической составляющей Галакти­ки превышает 12 млрд. лет. Его обыч­но принимают за возраст самой Га­лактики.

Характерной особенностью звёзд гало является чрезвычайно малая до­ля в них тяжёлых химических эле­ментов. Звёзды, образующие шаровые скопления, содержат металлов в сот­ни раз меньше, чем Солнце.

Звёзды сферической составляю­щей концентрируются к центру Га­лактики. Центральная, наиболее плот­ная часть гало в пределах нескольких тысяч световых лет от центра Галак­тики называется балдж (в переводе с английского “утолщение”).


Звёзды и звёздные скопления гало движутся вокруг центра Галактики по очень вытянутым орбитам. Из-за того, что вращение отдельных звёзд происходит почти беспорядочно (т. е. скорости соседних звёзд могут иметь самые различные направления), гало в целом вращается очень медленно.

Балдж

Внутренняя, ближняя к ядру и самая плотная часть гало называется балдж (англ. bulge – “вздутие”). Если бы мы жили на планете около звезды, находящейся внутри балджа Галактики, то на небе были бы видны не привычные взгляду “звездные точки”, а сразу несколько десятков звезд, по яркости сопоставимых с нашей Луной.

Однако Солнце расположено достаточно далеко от ядра Галактики – на расстоянии около 26 000 световых лет. Поэтому, если в окрестностях Солнца, в диске, одна звезда приходится на 8 кубических парсеков, то в центре Галактики в одном кубическом парсеке находится 10 000 звезд.  Центр Галактики находится в направлении созвездия Стрельца.

Звездный диск

Звездный диск (на самом деле правильнее говорить про звездный диск и газопылевой диск, но мы упростим) – самая крупная и массивная область галактики простирающаяся на сотни и тысячи световых лет от центра. Приблизительная масса звездного диска Млечного пути равна 150 млрд. масс Солнца. В отличие от центральной части галактики, имеющей сферическую форму, звездный диск больше напоминает две тарелки сложенные вместе – то есть почти плоский в поперечнике и все более истончающийся от центра к краю.


“Население” звездного диска очень сильно отличается от населения гало. Вблизи плоскости диска концентрируются молодые звёзды и звёздные скопления, возраст которых не превышает нескольких миллиардов лет. Они образуют так называемую плоскую составляющую. Среди них очень много ярких и горячих звёзд.

Газ в диске Галактики также сосре­доточен в основном вблизи его пло­скости. Он распределён неравномер­но, образуя многочисленные газовые облака — от гигантских неоднород­ных по структуре сверх облаков про­тяжённостью несколько тысяч свето­вых лет до маленьких облачков размерами не больше парсека.

Основным химическим элементом в нашей Галактике является водо­род. Приблизительно на 1/4 она со­стоит из гелия. По сравнению с этими двумя элементами остальные присутствуют в очень небольших количе­ствах. В среднем химический состав звёзд и газа в диске почти такой же, как у Солнца.

Спиральные рукава

Одним из наиболее заметных образований в звездных дисках галактик, подобных нашей, являются спиральные ветви (или рукава). Они и дали название этому типу объектов – спиральные галактики. Спиральная структура в нашей Галактике очень хорошо развита. Вдоль рукавов в основном сосредоточены самые молодые звёзды, многие рассеянные звёздные скопления и ассоциации, а также цепочки плотных облаков меж звёздного газа, в которых продолжают образовываться звёзды.


В спиральных ветвях находится большое количество переменных и вспыхивающих звёзд, в них чаще всего наблюдаются взрывы некоторых типов сверхновых. В отличие от гало, где какие-либо проявления звёздной активности чрезвычайно редки, в ветвях продолжается бурная жизнь, связанная с непрерывным переходом вещества из межзвёздного пространства в звёзды и обратно. Галактическое магнитное поле, пронизывающее весь газовый диск, также сосредоточено главным образом в спиралях.

Спиральные рукава Млечного Пути в значительной степени скрыты от нас поглощающей материей. Подробное их исследование началось после появления радиотелескопов. Они позволили изучать структуру Галактики по наблюдениям радиоизлучения атомов межзвёздного водорода, концентрирующегося вдоль Длинных спиралей.

По современным представлениям, спиральные Рукава связаны с волнами сжатия, распространяющимися по диску галактики. Проходя через области сжатия, вещество диска уплотняется, а образование звёзд из газа становится более интенсивным. Причины возникновения в дисках спиральных галактик такой своеобразной волновой структуры не вполне ясны. Над этой проблемой работают многие астрофизики.


Полные размеры нашей Галактики составляют: 30 килопарсек (100 000 световых лет) в диаметре, и 1000 световых лет в толщину. Иными словами, при взгляде “сбоку”, галактика имеет форму линзы.

Её галактический диск вращается вокруг оси по часовой стрелке, если смотреть на Галактику сверху со стороны ее “северного полюса”, находящегося в созвездии Волосы Вероники.

Галактика имеет хорошо выраженную спиральную структуру. Спирали представляют собой волны плотности, распространяющиеся в сторону вращения диска Галактики с постоянной угловой скоростью.

Образование в галактике звезд I и II поколения

Галактика Млечный путь (впрочем и другие спиральные галактики) образовалась из медленно вращавшегося газового облака, по своим размерам превосходившего ее в десятки раз.

Первоначально это газовое облако состояло из смеси 75% водорода и 25% гелия и почти не содержало тяжелых элементов. В течение примерно миллиарда лет это облако свободно сжималось под действием сил гравитации. Этот коллапс неизбежно привел к фрагментации и началу процесса звездообразования.

Сначала газа было много, и он находился на больших расстояниях от плоскости вращения. Возникли звезды первого поколения,  в том числе и весьма массивные, а также шаровые скопления. Их современное пространственное распределение  соответствует первоначальному распределению газа, близкому к сферическому.

Наиболее массивные звезды первого поколения быстро проэволюционировали и обогатили межзвездную среду тяжелыми элементами, главным образом за счет вспышек сверхновых. Та часть газа, которая не превратилась в звезды, продолжала свой процесс сжатия к центру Галактики. Из-за сохранения момента количества движения, ее вращение становилось быстрее, образовался диск, и, в нем снова начался процесс звездообразования.

Это второе поколение звезд оказалось богатым тяжелыми элементами. Оставшийся газ сжался в более тонкий слой, так возникла плоская составляющая – основная арена современного звездообразования. Разумеется, выделения двух или трех поколений звезд весьма условно: скорее всего, звездообразование было единым непрерывным процессом, хотя в нем и возможны были отдельные этапы замедления.

Тем не менее, общее правило верно: к галактическому диску относятся звезды ранних спектральных классов О и В, т.е. молодые звезды. Гало, наоборот, составляют объекты, возникшие на ранних стадиях эволюции Галактики, старые звезды. Их возраст составляет порядка 10 –  12 миллиардов лет.

Почему с Земли не видно ярко сияющий центр нашей галактики?

Почти все молекулярное вещество межзвездной среды (облака пыли и газа) находится на расстоянии до 3-7 килопарсек от центра, поэтому  и видимое излучение центральных областей Галактики полностью скрыто от нас мощными слоями поглощающей материи (к счастью мы можем наблюдать эти области в инфракрасном диапазоне).

Место Солнечной системы в галактике Млечный путь

Наше Солнце в галактике Млечный путь расположено между спиральными рукавами Стрельца и Персея. Солнце (а вместе с ним и вся солнечная система) движется со скоростью около 220 км/с, и делает полный оборот вокруг центра Галактики за 200 миллионов лет. Всего за время своего существования (4,5 млрд.лет) Солнце облетело Галактику примерно 30 раз.

Скорость вращения Солнца вокруг центра Галактики практически совпадает с той скоростью, с которой в данном районе движутся спиральные рукава галактики. Такая зона внутри галактики, где скорости звезд и спиральных рукавов совпадают, называется коротационной окружностью и является расчетной “зоной жизни”, т.е. если и есть внутри галактики благоприятные “тихие гавани”, где может развиться жизнь, то это именно коротационная окружность.

Как вы догадались, наше Солнце находится в её пределах.

Источник: starcatalog.ru

Открытие Галактики

Пер­вые те­ле­ско­пич. на­блю­де­ния, про­ве­дён­ные Г. Га­лиле­ем (1610), по­ка­за­ли, что Млеч­ный Путь пред­став­ля­ет со­бой мно­же­ст­во сла­бых звёзд. Впер­вые по­пыт­ку изу­чить строе­ние сис­те­мы Млеч­но­го Пу­ти пред­при­нял в кон. 18 в. У. Гер­шель, ко­то­рый ус­та­но­вил, что про­стран­ст­вен­ная плот­ность звёзд убы­ва­ет с рас­стоя­ни­ем от плос­ко­сти Млеч­но­го Пу­ти и от Солн­ца. Со­глас­но Я. Кап­тей­ну (1922), звёзд­ная сис­те­ма име­ет фор­му двоя­ко­вы­пук­лой лин­зы диа­мет­ром ок. 20 кпк, на рас­стоя­нии все­го 650 пк от её цен­тра на­хо­дит­ся Солн­це. Ка­жу­щее­ся уве­ли­че­ние плот­но­сти звёзд к Солн­цу объ­яс­ня­ет­ся не­из­вест­ным до 1930-х гг. по­гло­ще­ни­ем све­та в про­стран­ст­ве.

В 1919 Х. Ше­п­ли при­шёл к вы­во­ду, что на­хо­дя­щий­ся в на­прав­ле­нии со­звез­дия Стрель­ца центр сфе­рои­даль­ной сис­те­мы ша­ро­вых звёзд­ных ско­п­ле­ний яв­ля­ет­ся од­но­вре­мен­но и цен­тром дис­ко­об­раз­ной звёзд­ной сис­те­мы. Оп­ре­де­лив с по­мо­щью звёзд с из­вест­ной све­ти­мо­стью по­ло­же­ние в про­стран­ст­ве ок. 70 ша­ро­вых ско­п­ле­ний, Ше­п­ли ус­та­но­вил, что рас­стоя­ние от Солн­ца до цен­тра, ле­жа­ще­го в со­звез­дии Стрель­ца, со­став­ля­ет 50 тыс. cветовых лет, а вся сис­те­ма Млеч­но­го Пу­ти про­сти­ра­ет­ся на 300 тыс. све­то­вых лет.

Та­ким об­ра­зом, в нач. 1920-х гг. су­ще­ст­во­ва­ли две сис­те­мы ми­ро­зда­ния: по Ше­п­ли, Солн­це на­хо­дит­ся на ок­раи­не звёзд­ной сис­те­мы, а в ми­ре Кап­тей­на, ко­то­рый был на­мно­го мень­ше, Солн­це рас­по­ла­га­лось вбли­зи цен­тра. Од­на­ко обе эти сис­те­мы не от­ве­ча­ли на во­прос, что же на­хо­дит­ся за пре­де­ла­ми Млеч­но­го Пу­ти, хо­тя ещё в 18 в. вы­ска­зы­валось пред­по­ло­же­ние, что мно­го­числ. «сла­бые ту­ман­но­сти» яв­ля­ют­ся ог­ром­ны­ми звёзд­ны­ми сис­те­ма­ми, срав­ни­мы­ми с на­шей. В нач. 20 в. бы­ло уже прак­ти­че­ски ус­та­нов­ле­но, что са­мая яр­кая ту­ман­ность – М31 в со­звез­дии Ан­дро­ме­ды – со­сто­ит из звёзд. Од­на­ко до 1925 боль­шин­ст­во ас­тро­но­мов по­ла­га­ло, что звёзд­ная сис­те­ма Млеч­но­го Пу­ти есть вся Все­лен­ная.

Про­бле­ма бы­ла окон­ча­тель­но ре­ше­на в 1925, ко­гда Э. П. Хаббл опуб­ли­ко­вал ре­зуль­та­ты изу­че­ния в М31 пе­ре­мен­ных звёзд – це­фе­ид. Из за­ви­си­мо­сти «пе­ри­од – све­ти­мость» для этих звёзд бы­ло оп­ре­де­ле­но рас­стоя­ние до «ту­ман­но­сти» – ок. 1 млн. све­то­вых лет. Ста­ло оче­вид­ным, что и М31, и сис­те­ма Млеч­но­го Пу­ти, и бес­чис­лен­ные «сла­бые ту­ман­но­сти» яв­ля­ют­ся ог­ром­ны­ми звёзд­ны­ми сис­те­ма­ми – га­лак­ти­ка­ми. От­кры­тие на­се­лён­ной га­лак­ти­ка­ми Все­лен­ной ста­ло и от­кры­ти­ем на­шей Г. как од­ной из мно­же­ст­ва по­доб­ных сис­тем. Поя­вилась воз­мож­ность срав­ни­вать на­шу звёзд­ную сис­те­му с др. га­лак­ти­ка­ми и, на­обо­рот, опи­рать­ся при их изу­че­нии на зна­ния о на­шей Га­лак­ти­ке.

Подсистемы Галактики

В Г. мож­но вы­де­лить цен­траль­ное взду­тие (балдж, утол­ще­ние), про­тя­жён­ную дис­ко­об­раз­ную под­сис­те­му и ок­ру­жаю­щую их га­лак­ти­че­скую ко­ро­ну (га­ло) – эл­лип­со­и­даль­ную под­сис­те­му, объ­ек­ты ко­то­рой кон­цен­три­ру­ют­ся к цен­тру. Эти глав­ные со­став­ляю­щие Г. хо­ро­шо вид­ны на фо­то­гра­фи­ях спи­раль­ных га­лак­тик, на­блю­дае­мых поч­ти «с реб­ра». Диск и балдж Г. мож­но не­по­сред­ст­вен­но уви­деть на изо­бра­же­ни­ях Млеч­но­го Пу­ти в ИК-лу­чах (рис. 1).

Под­сис­те­мы Г. об­ра­зо­ва­ны звёз­да­ми раз­но­го воз­рас­та и хи­мич. со­ста­ва. Как и во всех спи­раль­ных га­лак­ти­ках, в ней име­ют­ся два осн. ти­па звёзд­но­го на­се­ле­ния. К на­се­ле­нию I от­но­сят­ся Солн­це, рас­се­ян­ные звёзд­ные ско­п­ле­ния, звёз­ды спек­траль­ных клас­сов О и В, звёз­ды-сверх­ги­ган­ты, в т. ч. це­феи­ды, а так­же об­ла­ка га­за и пы­ли; все они кон­цен­три­ру­ют­ся к плос­ко­сти Г. Ато­мар­ный во­до­род про­сле­жи­ва­ет­ся до рас­стоя­ний ок. 17 кпк от цен­тра, на кра­ях Г. его слой от­кло­ня­ет­ся до 1 кпк от эк­ва­то­ри­аль­ной плос­ко­сти. При­мер­но до та­ких же рас­стоя­ний про­сти­ра­ет­ся и пло­ская сис­те­ма мо­ло­дых звёзд, тол­щи­на ко­то­рой, как и га­за, ок. 100 пк. Объ­ек­ты на­се­ле­ния II (ша­ро­вые ско­п­ле­ния, пла­не­тар­ные ту­ман­но­сти, звёз­ды ти­па RR Ли­ры, не­ко­то­рые ти­пы звёзд-ги­ган­тов и др.) кон­цен­три­ру­ют­ся к цен­тру Г., об­ра­зуя об­шир­ное эл­лип­сои­даль­ное га­ло. Сфе­рои­даль­ная сис­те­ма на­се­ле­ния II со­сто­ит толь­ко из ста­рых звёзд (воз­раст всех ша­ро­вых ско­п­ле­ний Г. при­мер­но оди­на­ков – 12–13 млрд. лет). Са­мые да­лё­кие ша­ро­вые ско­п­ле­ния на­хо­дят­ся на рас­стоя­ни­ях ок. 100 кпк.

В пло­ской под­сис­те­ме кон­цен­три­ру­ет­ся газ, обо­га­щён­ный тя­жё­лы­ми эле­мен­та­ми (к ним в ас­т­ро­фи­зи­ке от­но­сят все хи­мич. эле­мен­ты тя­же­лее ге­лия), воз­ни­каю­щи­ми в не­драх звёзд при ядер­ных ре­ак­ци­ях. На ко­неч­ных ста­ди­ях эво­лю­ции звёзд, в осн. при взры­вах сверх­но­вых, тя­жё­лые эле­мен­ты по­сту­па­ют в меж­звёзд­ную сре­ду. Об­ра­зо­ва­ние звёзд из это­го обо­га­щён­но­го га­за в дис­ке Г. про­дол­жа­ет­ся и ны­не. Хи­мич. со­став звёзд на­се­ле­ния I в сред­нем бли­зок к сол­неч­но­му, а у звёзд на­се­ле­ния II тя­жё­лых эле­мен­тов в 10–100 раз мень­ше.

Вращение Галактики

В 1926 Б. Линд­блад при­шёл к вы­во­ду, что боль­шин­ст­во звёзд в ок­ре­ст­но­стях Солн­ца и оно са­мо, а так­же рас­се­ян­ные звёзд­ные ско­п­ле­ния вхо­дят в пло­скую сис­те­му, чле­ны ко­то­рой на­хо­дят­ся в бы­ст­ром, поч­ти кру­го­вом вра­ще­нии во­круг цен­тра Г. Ша­ро­вые ско­п­ле­ния, об­ра­зую­щие сфе­ро­идальную сис­те­му, вра­ща­ют­ся во­круг цен­тра Г. мед­лен­но; они дви­га­ют­ся в раз­ных на­прав­ле­ни­ях по вы­тя­ну­тым ор­битам.

В 1927 Я. Х. Оорт рас­смот­рел влия­ние вра­ще­ния Г. на соб­ст­вен­ные дви­же­ния и лу­че­вые ско­ро­сти звёзд. В слу­чае не­твер­до­тель­но­го (диф­фе­рен­ци­аль­но­го) вра­ще­ния, ко­то­рое вы­те­ка­ет из Ке­п­ле­ра за­ко­нов, спра­вед­ли­вых при уве­ли­че­нии кон­цен­тра­ции мас­сы к цен­тру вра­ще­ния, за­ви­си­мость лу­че­вых ско­ро­стей от на­прав­ле­ния (от га­лак­тич. дол­го­ты) долж­на иметь вид двой­ной вол­ны – кри­вой с дву­мя мак­си­му­ма­ми и дву­мя ми­ни­му­ма­ми, ко­то­рая пред­став­ля­ет­ся фор­му­лой: $V_r=Artext {sin}2l$, где $r$ – рас­стоя­ние от звез­ды до Солн­ца, $l$ – га­лак­тич. дол­го­та, от­счи­ты­вае­мая от на­прав­ле­ния на центр Г., ко­эф. $A$, на­зы­вае­мый по­сто­ян­ной Оор­та, ха­рак­те­ри­зу­ет сте­пень от­кло­не­ния вра­ще­ния от твер­до­тель­но­го. По лу­че­вым ско­ро­стям звёзд клас­сов O и B и це­фе­ид Оорт оп­ре­де­лил па­ра­мет­ры двой­ной вол­ны и до­ка­зал, что звёз­ды Г. об­ра­ща­ют­ся во­круг цен­тра, ко­то­рый ле­жит в на­прав­ле­нии на со­звез­дие Стрель­ца.

За­ви­си­мость ско­ро­сти вра­ще­ния $V$ разл. объ­ек­тов Г. от рас­стоя­ния $R$ до цен­тра Г. изо­бра­же­на на рис. 2. По этой т. н. кри­вой вра­ще­ния Г. мож­но оп­ре­де­лить мас­су её отд. со­став­ляю­щих. В са­мых внутр. об­лас­тях вра­ще­ние близ­ко к твер­до­тель­но­му, за­тем ско­рость чуть убы­ва­ет. На боль­ших рас­стоя­ни­ях от цен­тра Г., за пре­де­лом её плот­но­го дис­ка, где в осн. со­сре­до­то­че­ны звёз­ды и газ, ско­рость вра­ще­ния на про­тя­же­нии мн. де­сят­ков пар­сек ос­та­ёт­ся при­мер­но по­сто­ян­ной. На­блю­да­тель­ные дан­ные сви­де­тель­ст­ву­ют, что по­доб­ная кри­вая вра­ще­ния ха­рак­тер­на и для боль­шин­ст­ва др. га­лак­тик. Об­ще­при­ня­тое объ­яс­не­ние это­го фак­та со­сто­ит в том, что, кро­ме ви­ди­мо­го га­ло из объ­ек­тов на­се­ле­ния II, га­лак­ти­ки ок­ру­же­ны на­мно­го бо­лее об­шир­ным га­ло из гра­ви­ти­рую­щей, но не­на­блю­дае­мой ма­те­рии (т. н. тём­ное га­ло). В Г. мас­са тём­но­го га­ло оце­ни­ва­ет­ся в 1011–1012 масс Солн­ца, что на по­ря­док боль­ше, чем мас­са звёзд (ок. 5·1010), и на два по­ряд­ка боль­ше, чем мас­са га­за (5–10·109). Про­бле­ма при­ро­ды этой «тём­ной ма­те­рии» – од­на из важ­ней­ших не­ре­шён­ных про­блем ас­т­ро­фи­зи­ки.

Спиральная структура Галактики

На­ли­чие по­ло­сы Млеч­но­го Пу­ти сви­де­тель­ст­ву­ет о том, что на­ша сис­те­ма от­но­сит­ся к дис­ко­об­раз­ным; она не мо­жет от­носить­ся к не­пра­виль­ным га­лак­ти­кам, т. к. их мас­сы не­ве­ли­ки, а объ­ек­ты на­се­ле­ния II в них пред­став­ле­ны сла­бо. Вы­вод о на­ли­чии в Г. спи­раль­ных ру­ка­вов не­из­бе­жен, но их рас­по­ло­же­ние, дли­на и да­же их чис­ло ос­та­ют­ся пред­ме­том дис­кус­сий. По всей ви­ди­мо­сти, спи­раль­ный узор Г. от­но­сит­ся к ти­пу grand design. Так на­зы­ва­ют спи­раль­ные ру­ка­ва, тя­ну­щие­ся на де­сят­ки ки­ло­пар­сек от цен­тра га­лак­ти­ки и сим­мет­рич­ные от­но­си­тель­но по­во­ро­та во­круг не­го. Это вол­ны по­вы­шен­ной плот­но­сти об­ла­ков га­за и звёзд, рас­про­стра­няю­щие­ся бла­го­да­ря гра­ви­та­ци­он­но­му взаи­мо­дей­ст­вию ве­ще­ст­ва. При­чи­ной воз­ник­но­ве­ния этих волн счи­та­ют на­ли­чие спут­ни­ка или от­кло­не­ния центр. облаcти га­лак­ти­ки от осе­вой сим­мет­рии – эта об­ласть име­ет фор­му ли­бо ова­ла, ли­бо пе­ре­мыч­ки (ба­ра), со­еди­няю­щей ис­ход­ные точ­ки ру­ка­вов. На­ли­чие в Г. ко­рот­ко­го (окан­чи­ваю­ще­го­ся на рас­стоя­нии ок. 3–4 кпк от цен­тра) ба­ра сле­ду­ет из дан­ных о ки­не­ма­ти­ке га­за вбли­зи цен­тра, а так­же из осо­бен­но­стей ин­те­граль­но­го све­че­ния звёзд в ИК-диа­па­зо­не. (К ти­пу grand design от­но­сит­ся мень­шая часть спи­раль­ных га­лак­тик; ча­ще на­блю­да­ют­ся лишь ко­рот­кие об­рыв­ки ру­ка­вов.)

По­вы­шен­ная плот­ность га­за при­во­дит к вы­со­ко­му тем­пу звез­до­об­ра­зо­ва­ния в спи­раль­ной вол­не. Звёзд­ные ас­со­циа­ции и ско­п­ле­ния с воз­рас­том ме­нее 30 млн. лет кон­цен­три­ру­ют­ся в трёх от­рез­ках спи­раль­ных ру­ка­вов; им бы­ли да­ны на­зва­ния ру­ка­вов Пер­сея, Орио­на – Ле­бе­дя и Стрель­ца – Ки­ля. По­след­ний вы­де­ля­ет­ся и как об­ласть по­вы­шен­ной плот­но­сти це­фе­ид, воз­раст ко­то­рых, как и све­ти­мость, за­ви­сит от пе­рио­да и со­став­ля­ет 30–100 млн. лет. Со­глас­но тео­ре­тическим пред­став­ле­ни­ям, в вол­но­вых спи­раль­ных ру­ка­вах долж­ны при­сут­ст­во­вать и та­кие до­воль­но ста­рые звёз­ды – их при­тя­гива­ет ту­да по­вы­шен­ный в ру­ка­ве гра­ви­та­ци­он­ный по­тен­ци­ал. Лишь у звёзд с воз­рас­том, пре­вы­шаю­щим сот­ни мил­лио­нов лет, слу­чай­ные ско­ро­сти (рас­ту­щие с воз­рас­том) столь вы­со­ки, что они, пе­ре­се­кая ру­кав, прак­ти­че­ски не за­мед­ля­ют сво­его дви­же­ния во­круг цен­тра.

Дан­ные о мо­ло­дых звёз­дах и ско­п­ле­ни­ях яв­ля­ют­ся не­пол­ны­ми уже для рас­стоя­ний, пре­вы­шаю­щих 3–4 кпк. Для изу­че­ния спи­раль­ной струк­ту­ры всей Г. ис­поль­зу­ют­ся на­блю­де­ния ней­траль­но­го во­до­ро­да HI (на дли­не вол­ны 21 см). Сверх­ги­гант­ские (мас­сой до 107 масс Солн­ца) об­ла­ка ато­мар­но­го во­до­ро­да HI и мо­ле­ку­ляр­но­го во­до­ро­да H2 об­ри­со­вы­ва­ют ветвь Ки­ля, про­сти­раю­щую­ся на 40 кпк с уг­лом за­кру­чи­ва­ния в 10–12°. В ру­ка­ве Ки­ля на­блю­да­ют­ся ре­гу­ляр­ные про­ме­жут­ки ме­ж­ду га­зо­во-звёзд­ны­ми ком­плек­са­ми, что ха­рак­тер­но для галак­тик, об­ла­даю­щих пра­виль­ным сим­мет­рич­ным спи­раль­ным узо­ром; о на­личии его в Г. го­во­рит и са­мо су­ще­ст­вова­ние столь длин­но­го ру­ка­ва. Всё это под­твер­жда­ет клас­си­фи­ка­цию Г. как сис­те­мы ти­па grand design, что со­гла­су­ет­ся с на­ли­чи­ем у неё ба­ра (пе­ре­мыч­ки) и близ­ких спут­ни­ков (бли­жай­шие из круп­ных спут­ни­ков – Боль­шое и Ма­лое Ма­гел­ла­но­вы Об­ла­ка).

Со­глас­но свод­ным дан­ным ка­над. ас­тро­но­ма Ж. Вал­ле (2005), Г. об­ла­да­ет че­тырь­мя спи­раль­ны­ми ру­ка­ва­ми с уг­лом за­кру­чи­ва­ния ок. 12° (рис. 3). Од­на­ко иде­аль­но пра­виль­ная спи­раль­ная струк­ту­ра, по­доб­ная изо­бра­жён­ной на рисунке, на­блю­да­ет­ся ред­ко, обыч­но од­на па­ра ру­ка­вов или один ру­кав го­раз­до мощ­нее и длин­нее, чем ос­таль­ные, по­это­му рисунок от­ра­жа­ет лишь основ­ные чер­ты спи­раль­ной струк­ту­ры Галакти­ки.

Су­дя по па­ра­мет­рам спи­раль­ной струк­ту­ры, на­ли­чию ба­ра и по кри­вой вра­ще­ния, на­ша Г. по­хо­жа на га­лак­ти­ку NGC 3992 (M109), вид ко­то­рой пред­став­лен на рис. 4. Она клас­си­фи­ци­ро­ва­на как SBb(rs)I, что оз­на­ча­ет на­ли­чие ба­ра, балд­жа не­боль­шо­го раз­ме­ра, слож­ной сис­те­мы спи­раль­ных ру­ка­вов, а так­же вы­со­кой све­ти­мости. В пер­вом при­бли­же­нии рис. 4 мож­но счи­тать и пла­ном Га­лак­ти­ки.

Ядро Галактики

На­прав­ле­ние на центр вра­ще­ния Г. оп­ре­де­ля­ет­ся с вы­со­кой точ­но­стью, но в оп­тич. диа­па­зо­не в этом на­прав­ле­нии ни­че­го осо­бен­но­го не на­блю­да­ет­ся, по­сколь­ку в ви­ди­мых лу­чах по­гло­ще­ние све­та ме­ж­ду Солн­цем и цен­тром Г. очень ве­ли­ко. Од­на­ко с цен­тром Г. сов­па­да­ет зап. ком­по­нент ра­дио­ис­точ­ни­ка Стре­лец A (Sgr A West), яв­ляю­щий­ся так­же ком­пакт­ным ис­точ­ни­ком не­те­п­ло­во­го ра­дио­из­лу­че­ния и ИК-из­лу­че­ния. В пре­де­лах 100 пк от га­лак­ти­че­ско­го цен­тра (эту об­ласть час­то вы­де­ля­ют как яд­ро Г.) об­на­ру­же­но мно­же­ст­во при­зна­ков про­дол­жаю­ще­го­ся об­ра­зо­ва­ния мас­сив­ных звёзд: ос­тат­ки сверх­но­вых, ис­точ­ни­ки ИК-из­лу­че­ния, ко­то­рые мо­гут быть звёз­да­ми вы­со­кой све­ти­мо­сти, ок­ру­жён­ны­ми пы­ле­вы­ми обо­лоч­ка­ми, ги­гант­ские мо­ле­ку­ляр­ные об­ла­ка, а так­же неск. очень мо­ло­дых и бо­га­тых звёзд­ных ско­п­ле­ний, ви­ди­мых толь­ко в ИК-лу­чах.

В са­мом цен­тре Г. на­хо­дит­ся сверх­мас­сив­ная чёр­ная ды­ра. Из­ме­ре­ния соб­ст­вен­ных дви­же­ний вось­ми звёзд вы­со­кой све­ти­мо­сти, рас­по­ло­жен­ных вбли­зи Sgr A West, по­ка­за­ли, что их тра­ек­то­рии яв­ля­ют­ся час­тя­ми эл­лип­сов, в фо­ку­се ко­то­рых на­хо­дит­ся цен­траль­ный объ­ект, что и по­зво­ля­ет оп­ре­де­лить его мас­су по треть­ему за­ко­ну Ке­п­ле­ра – она со­став­ля­ет ок. 3 млн. масс Солн­ца. Для од­ной из этих звёзд уда­лось из­ме­рить пе­ри­од её об­ра­ще­ния, он со­став­ля­ет все­го лишь 15 лет.

Из­ме­ре­ние соб­ст­вен­ных дви­же­ний и лу­че­вых ско­ро­стей звёзд, об­ра­щаю­щих­ся во­круг цен­траль­ной чёр­ной ды­ры, по­зво­лит оп­ре­де­лить рас­стоя­ние от Солн­ца до цен­тра Г. на­мно­го точ­нее, чем клас­сич. ме­то­ды. Пред­ва­ри­тель­ные дан­ные да­ют зна­че­ние ок. 7,5 кпк, что с точ­но­стью до по­ло­ви­ны ки­ло­пар­се­ка сов­па­да­ет с оп­ре­де­лён­ной ра­нее ве­ли­чи­ной.

Источник: bigenc.ru

Галактика
Массивная чёрная дыра в центре спиральной галактики. Авторы и права: NASA.

Спиральные галактики зачастую имеют красивую форму и состоят из горячих молодых звёзд, а также газа и пыли. Большинство галактик, которые были обнаружены астрономами на сегодняшний день, являются именно спиральными галактиками. Эллиптические и неправильные галактики встречаются во Вселенной намного реже.

Млечный Путь – галактика, включающая Землю и Солнечную систему, – это пример спиральной галактики. Согласно данным космического телескопа “Хаббл”, спиральные галактики составляют примерно 72 процента от общего числа обнаруженных на сегодня галактик.

Большинство спиральных галактик имеют центральный выступ (балдж), окружённый плоским вращающимся диском, состоящим из множества звёзд. Выпуклость в центре состоит из старых, тусклых звёзд, и, как полагают учёные, содержит сверхмассивную чёрную дыру. Примерно две трети спиральных галактик также содержат центральную перемычку (бар).

Диск звёзд, вращающихся вокруг выпуклости, разделяется на рукава, окружающие галактику. Эти спиральные рукава содержат огромное количество газа и пыли, а также более молодых звёзд, которые сияют очень ярко, однако живут относительно мало.

Как именно образуются спиральные рукава до сих пор точно не известно. Одна теория предполагает, что рукава галактик могли сформироваться в результате столкновения двух галактик, масса одной из которых значительно меньше другой.

Считается, что со временем спиральные галактики эволюционируют в эллиптические. Однако неясно, насколько распространены эллиптические галактики, так как они состоят из более старых звёзд и сложны для обнаружения и изучения.

Одной из крупнейших, известных спиральных галактик является NGC 6872, диаметр которой достигает 522 000 световых лет – это примерно в 5 раз больше, чем диаметр Млечного Пути.

В 2017 году астрономы обнаружили древнюю спиральную галактику возрастом 11 миллиардов лет, получившую название A1689B11. Это открытие поможет учёным понять, как галактики переходят от “хаотических, турбулентных дисков” к более организованным и более тонким структурам, таким как у Млечного Пути.

Источник: universetoday.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.