Галактики острова вселенной


Алексей Левин
«Популярная механика» №11, 2011

История изучения планет и звезд измеряется тысячелетиями, Солнца, комет, астероидов и метеоритов — столетиями. А вот галактики, разбросанные по Вселенной скопления звезд, космического газа и пылевых частиц, стали объектом научного исследования лишь в 1920-е годы.

Галактики наблюдали с незапамятных времен. Человек с острым зрением может различить на ночном небосводе светлые пятна, похожие на капли молока. В Х веке персидский астроном Абд-аль-Раман аль-Суфи упомянул в своей «Книге о неподвижных звездах» два подобных пятна, известных теперь как Большое Магелланово облако и галактика М31, она же Андромеда. С появлением телескопов астрономы наблюдали все больше таких объектов, получивших название туманностей. Если английский астроном Эдмунд Галлей в 1716 году перечислил всего шесть туманностей, то каталог, опубликованный в 1784 году астрономом французского военно-морского флота Шарлем Мессье, содержал уже 110 — и среди них четыре десятка настоящих галактик (в том числе и М31). В 1802 году Уильям Гершель опубликовал перечень из 2500 туманностей, а его сын Джон в 1864 году издал каталог, где было более 5000 туманностей.


Природа этих объектов долгое время ускользала от понимания. В середине XVIII века некоторые проницательные умы увидели в них звездные системы, подобные Млечному Пути, однако телескопы в то время не предоставляли возможности проверить эту гипотезу. Столетием позже восторжествовало мнение, что каждая туманность — это газовое облако, подсвеченное изнутри молодой звездой. Позже астрономы убедились, что некоторые туманности, в том числе и Андромеда, содержат множество звезд, однако еще долго не было ясно, расположены они в нашей Галактике или за ее пределами. И лишь в 1923–1924 годах Эдвин Хаббл определил, что расстояние от Земли до Андромеды как минимум троекратно превосходит диаметр Млечного Пути (на самом деле примерно в 20 раз) и что М33, другая туманность из каталога Мессье, удалена от нас на никак не меньшую дистанцию. Эти результаты положили начало новой научной дисциплине — галактической астрономии.

Карлики и гиганты

Вселенная заполнена галактиками разного размера и разных масс. Их количество известно весьма приблизительно. Семь лет назад орбитальный телескоп «Хаббл» за три с половиной месяца обнаружил около 10 000 галактик, сканируя в южном созвездии Печи участок небосвода, в сто раз меньший, нежели площадь лунного диска. Если предположить, что галактики распределяются по небесной сфере с такой же плотностью, получится, что в наблюдаемом космосе их 200 млрд. Однако эта оценка сильно занижена, поскольку телескоп не смог заметить великое множество очень тусклых галактик.


Среди галактик есть и карлики, и гиганты. В авторитетном оксфордском справочнике Companion to Cosmology 2008 года издания написано, что самые мелкие галактики содержат миллионы звезд, а самые крупные — триллионы. Эта информация уже успела устареть. Как рассказал «ПМ» профессор Техасского университета в Остине Джон Корменди, в последние годы было открыто семейство мини-галактик всего лишь с сотнями звезд: «Это так называемые ультракомпактные карлики, линейные размеры которых лежат в пределах 20 парсек. Несмотря на малое количество звезд, масса таких галактик составляет миллионы и десятки миллионов солнечных масс. Скорее всего, в этом в основном повинна темная материя, хотя некоторые ученые полагают, что немалый вклад принадлежит черным дырам и нейтронным звездам. Как бы то ни было, старое определение галактики как крупного автономного звездного скопления больше не работает». На верхней границе галактического спектра находятся сверхгиганты диаметром порядка мегапарсека, у которых численность звездного населения достигает сотни триллионов.

Форма и содержание

Галактики различаются и морфологией (то есть формой). В целом их подразделяют на три основных класса — дисковидные, эллиптические и неправильные (иррегулярные). Это общая классификация, есть гораздо более детальные.


Дисковидная галактика — это звездный блин, вращающийся вокруг оси, проходящей через его геометрический центр. Обычно по обе стороны центральной зоны блина имеется овальное вздутие — балдж (от англ. bulge). Балдж тоже вращается, однако с меньшей угловой скоростью, нежели диск. В плоскости диска нередко наблюдаются спиральные ветви, изобилующие сравнительно молодыми яркими светилами. Однако есть галактические диски и без спиральной структуры, где таких звезд много меньше.

Центральную зону дисковидной галактики может рассекать звездная перемычка — бар. Пространство внутри диска заполнено газопылевой средой — исходным материалом для новых звезд и планетных систем. Галактика имеет два диска: звездный и газовый. Они окружены галактическим гало — сферическим облаком разреженного горячего газа и темной материи, которая и вносит основной вклад в полную массу галактики. Гало вмещает также отдельные старые звезды и шаровые звездные скопления (глобулярные кластеры) возрастом до 13 млрд. лет. В центре едва ли не любой дисковидной галактики, как с балджем, так и без балджа, расположена сверхмассивная черная дыра. Самые крупные галактики этого типа содержат по 500 млрд. звезд.


Эллиптическая галактика, как и следует из ее названия, имеет форму эллипсоида. Она не вращается как целое и потому не обладает осевой симметрией. Ее звезды, которые в основном имеют сравнительно небольшую массу и солидный возраст, обращаются вокруг галактического центра в разных плоскостях и иногда не по отдельности, а сильно вытянутыми цепочками. Новые светила в эллиптических галактиках загораются редко в связи с дефицитом исходного сырья — молекулярного водорода.

Как самые крупные, так и самые мелкие галактики относятся к эллиптическому типу. Общая доля его представителей в галактическом населении Вселенной всего около 20%. Эти галактики (возможно, за исключением самых мелких и тусклых) также скрывают в своих центральных зонах сверхмассивные черные дыры. Эллиптические галактики имеют и гало, но не столь четкие, как у дисковидных.

Все прочие галактики считаются иррегулярными. Они содержат много пыли и газа и активно порождают молодые звезды. На умеренных расстояниях от Млечного Пути таких галактик немного, всего-то 3%. Однако среди объектов с большим красным смещением, чей свет был испущен не позже, чем через 3 млрд. лет после Большого взрыва, их доля резко возрастает. Судя по всему, все звездные системы первого поколения были невелики и обладали неправильными очертаниями, а крупные дисковидные и эллиптические галактики возникли гораздо позже.

Рождение галактик

Галактики появились на свет вскоре после звезд.


итается, что первые светила вспыхнули никак не позднее, чем спустя 150 млн лет после Большого взрыва. В январе 2011 года команда астрономов, обрабатывавших информацию с космического телескопа «Хаббл», сообщила о вероятном наблюдении галактики, чей свет ушел в космос через 480 млн лет после Большого взрыва. В апреле еще одна исследовательская группа обнаружила галактику, которая, по всей вероятности, уже вполне сформировалась, когда юной Вселенной было около 200 млн лет.

Условия для рождения звезд и галактик возникли задолго до его начала. Когда Вселенная прошла возрастную отметку в 400 000 лет, плазма в космическом пространстве заменилась смесью из нейтрального гелия и водорода. Этот газ был еще чересчур горяч, чтобы стянуться в молекулярные облака, дающие начало звездам. Однако он соседствовал с частицами темной материи, изначально распределенными в пространстве не вполне равномерно — где чуть плотнее, где разреженнее. Они не взаимодействовали с барионным газом и потому под действием взаимного притяжения свободно стягивались в зоны повышенной плотности. Согласно модельным вычислениям, уже через сотню миллионов лет после Большого взрыва в космосе образовались облака темной материи величиной с нынешнюю Солнечную систему. Они объединялись в более крупные структуры, невзирая на расширение пространства. Так возникли скопления облаков темной материи, а потом и скопления этих скоплений. Они втягивали в себя космический газ, предоставляя ему возможность сгущаться и коллапсировать.


ким путем появились первые сверхмассивные звезды, которые быстро взрывались сверхновыми и оставляли после себя черные дыры. Эти взрывы обогащали космическое пространство элементами тяжелее гелия, которые способствовали охлаждению коллапсирующих газовых облаков и потому делали возможным появление менее массивных звезд второго поколения. Такие звезды уже могли существовать миллиарды лет и потому были в состоянии формировать (опять-таки с помощью темной материи) гравитационно связанные системы. Так возникли долгоживущие галактики, в том числе и наша.

«Многие детали галактогенеза еще скрыты в тумане,– говорит Джон Корменди. — В частности, это относится к роли черных дыр. Их массы варьируют от десятков тысяч масс Солнца до абсолютного на сегодняшний день рекорда в 6,6 млрд. солнечных масс, принадлежащего черной дыре из ядра эллиптической галактики М87, расположенной в 53,5 млн световых лет от Солнца. Дыры в центрах эллиптических галактик, как правило, окружены балджами, составленными из старых звезд. Спиральные галактики могут вовсе не иметь балджей или же обладать их плоскими подобиями, псевдобалджами. Масса черной дыры обычно на три порядка меньше массы балджа — естественно, если оный наличествует. Эта закономерность подтверждается наблюдениями, охватывающими дыры массой от миллиона до миллиарда солнечных масс».

Как полагает профессор Корменди, галактические черные дыры набирают массу двумя путями. Дыра, окруженная полноценным балджем, растет за счет поглощения газа, который приходит к балджу из внешней зоны галактики. Во время слияния галактик интенсивность поступления этого газа резко возрастает, что инициирует вспышки квазаров. В результате балджи и дыры эволюционируют параллельно, что и объясняет корреляцию между их массами (правда, могут работать и другие, еще неизвестные механизмы).


Иное дело безбалджевые галактики и галактики с псевдобалджами. Массы их дыр обычно не превышают 104–106 солнечных масс. По мнению профессора Корменди, они подкармливаются газом за счет случайных процессов, которые происходят недалеко от дыры, а не простираются на целую галактику. Такая дыра растет вне зависимости от эволюции галактики или ее псевдобалджа, чем и обусловлено отсутствие корреляции между их массами.

Растущие галактики

Галактики могут увеличивать и размер, и массу. «В далеком прошлом галактики делали это гораздо эффективней, нежели в недавние космологические эпохи,– объясняет профессор астрономии и астрофизики Калифорнийского университета в Санта-Круз Гарт Иллингворт. — Темпы рождения новых звезд оценивают в терминах годового производства единицы массы звездного вещества (в этом качестве выступает масса Солнца) на единицу объема космического пространства (обычно это кубический мегапарсек). Во времена формирования первых галактик этот показатель был весьма невелик, а затем пошел в быстрый рост, продолжавшийся до тех пор, пока Вселенной не исполнилось 2 млрд. лет. Еще 3 млрд. лет он был относительно постоянным, потом начал снижаться почти пропорционально времени, и снижение это продолжается по сей день. Так что 7–8 млрд. лет назад средний темп звездообразования в 10–20 раз превышал современный. Большинство доступных наблюдению галактик уже полностью сформировались в ту далекую эпоху».


В общих чертах эта тенденция понятна. Галактики увеличиваются двумя основными способами. Во-первых, они получают свежий материал для звездообразования, втягивая из окружающего пространства газ и частицы пыли. В течение нескольких миллиардов лет после Большого взрыва этот механизм исправно работал просто потому, что звездного сырья в космосе хватало всем. Потом, когда запасы истощились, темп звездного рождения упал. Однако галактики нашли возможность увеличивать его за счет столкновения и слияния. Правда, для реализации этого варианта необходимо, чтобы сталкивающиеся галактики располагали приличным запасом межзвездного водорода. Крупным эллиптическим галактикам, где его практически не осталось, слияние не помогает, зато в дисковидных и неправильных оно работает.

Курс на столкновение

Посмотрим, что происходит при слиянии двух примерно одинаковых галактик дискового типа. Их звезды практически никогда не сталкиваются — слишком велики расстояния между ними. Однако газовый диск каждой галактики ощущает приливные силы, обусловленные притяжением соседки.


рионное вещество диска теряет часть углового момента и смещается к центру галактики, где возникают условия для взрывного роста скорости звездообразования. Часть этого вещества поглощается черными дырами, которые тоже набирают массу. В заключительной фазе объединения галактик черные дыры сливаются, а звездные диски обеих галактик теряют былую структуру и рассредоточиваются в пространстве. В итоге из пары спиральных галактик образуется одна эллиптическая. Но это отнюдь не полная картина. Излучение молодых ярких звезд способно выдуть часть водорода за пределы новорожденной галактики. В то же время активная аккреция газа на черную дыру вынуждает последнюю время от времени выстреливать в пространство струи частиц огромной энергии, подогревающие газ по всей галактике и тем препятствующие формированию новых звезд. Галактика постепенно затихает — скорее всего, навсегда.

Галактики неодинакового калибра сталкиваются по-иному. Крупная галактика способна поглотить карликовую (сразу или в несколько приемов) и при этом сохранить собственную структуру. Этот галактический каннибализм тоже может стимулировать процессы звездообразования. Карликовая галактика полностью разрушается, оставляя после себя цепочки звезд и струи космического газа, которые наблюдаются как в нашей Галактике, так и в соседней Андромеде. Если же одна из сталкивающихся галактик не слишком превосходит другую, возможны даже более интересные эффекты.


В ожидании супертелескопа

Галактическая астрономия дожила почти до девяностолетия. Она начала практически с нуля и достигла очень многого. Однако количество нерешенных проблем очень велико. Так, никто не знает, когда и как сформировались первые галактики и какими путями образуются галактики с дисковой структурой. «Ученые ожидают очень много от инфракрасного орбитального телескопа «Джеймс Уэбб», запуск которого намечен на 2018 год, — говорит Гарт Иллингворт.– К сожалению, пока не ясно, будет ли этот проект завершен — по причине финансовых трудностей. Хочется надеяться, что он состоится».

Источник: elementy.ru

11.5.1. Общее представление о галактиках и их изучении

Вскоре после изобретения телескопа внимание наблюдателей при­влекли многочисленные светлые пятна туманного вида, так и назван­ные туманностями, видимые в разных созвездиях неизменно в одних и тех же местах. С помощью сильных телескопов В. Гершель и его сын Джон открыли множество таких туманных пятен, а к концу прошлого века было обнаружено, что некоторые из них имеют спиральную форму. Но долго оставалось загадкой, что представляют собой эти туманности. Только в 20-е гг. XX в. с помощью крупнейших в то время телескопов удалось разложить туманности на звезды. Стало ясно, что туманности — это не облака пыли, светящиеся отраженным светом, и не облака разреженного газа, а чрезвычайно далекие звездные систе­мы, в которых звезд несравненно больше, чем в близких к Солнцу шаровых скоплениях. Галактики — это гигантские звездные системы (примерно до 1013 звезд). Такого же порядка (n = 13) и массы галактик по отношению к массе Солнца.

Некоторые галактики можно разглядеть в хороший бинокль. Га­лактику Андромеды, большую по размерам и находящуюся достаточ­но близко к Солнцу (всего в 1,5 млн световых лет), в состоянии увидеть человек с хорошим зрением: это размытое пятно в созвездии Андромеды. Современные телескопы позволяют отыскать сотни миллионов других галактик. Строение их различно. Но наиболее характерна и примечательна одна форма —уплощенный диск с выпук­лостью в центре, откуда исходят спиральные рукава. Галактика Анд­ромеды, как и наша собственная, принадлежит к спиральному типу галактик. Солнечная система расположена в одном из спиральных рукавов Галактики на расстоянии примерно двух третей ее радиуса от центра.

Следует помнить, что, наблюдая Вселенную, мы видим галактики не такими, какие они есть теперь, а такими, какими они были в далеком прошлом. Ведь свет от них приходит к нам через простран­ство в миллионы и миллионы километров, на преодоление которого он затрачивает миллионы лет. Свет от ближайшей к нам галактики Андромеды достигает Земли через 1,5 млн лет. С помощью больших телескопов можно наблюдать еще намного более далекие галактики, и мы видим их такими, какими они были миллиарды лет. назад. Рас­стояние до самых дальних из наблюдаемых в настоящее время галак­тик — свыше 10 млрд световых лет.

Изучение мира галактик является сейчас наиболее бурно развива­ющейся областью астрономии. Именно в этой области происходят наиболее поразительные открытия, которые подводят нас к раскры­тию глубинных тайн Вселенной, загадок, наиболее потрясающих во­ображение. Изучение галактик требует максимально мощных инстру­ментов, в частности, оптических телескопов с зеркалом диаметром более метра, а также новейших средств и методов исследования сла­бых объектов (в частности, радиоастрономии).

Велики не только размеры галактик и расстояния до них, велико и количество галактик, которые наблюдаются астрономами. Так, самый большой 6-метровый телескоп позволяет сфотографировать миллиарды галактик. В хорошо исследованной области пространст­ва, на расстояниях 1500 Мпк, находится сейчас несколько миллиар­дов галактик. Таким образом, наблюдаемая нами область Вселенной — это прежде всего мир галактик.

Одна из центральных проблем внегалактической астрономии свя­зана с определением расстояний до галактик и размеров самих галак­тик. Расстояния до ближайших галактик, которые можно разложить на звезды, определяются по их светимости. Сложнее оценить рассто­яние до далеких галактик.

В 1912 г. американский астроном В. Слайфер обнаружил эффект красного смещения в спектрах далеких галактик: их спектральные линии оказались смещенными к длинноволновому (красному) краю по сравнению с такими же линиями в спектрах источников, непо­движных относительно наблюдателя. В 1929 г. американский астро­ном Э. Хаббл, сравнивая расстояния до галактик и их красные смеще­ния, обнаружил, что последние растут в среднем пропорционально расстояниям (закон Хаббла). Этот закон дал астрономам эффектив­ный метод определения расстояний до галактик по следующей фор­муле:

rz/H (Мпк),

где r — расстояние до галактики; с — скорость света; Галактики острова вселенной H — постоянная Хаббла.

По современной оценке, постоянная Хаббла (отношение скорости удаления (V) внегалактических источников к расстоянию (R) до них Н = V/R) составляет от 50 до 100 км/(с·Мпк). В настоящее время измерены красные смещения тысяч галактик и квазаров.

Определение расстояний до галактик и их положения на небе позволило сделать еще один вывод. Оказалось, что большинство га­лактик входит в группировки, которые насчитывают от нескольких галактик (группа галактик) до сотен и тысяч галактик (скопление галак­тик) и даже облака скоплений (сверхскопления). Наблюдаются и оди­ночные галактики, но они относительно редки (не более 10%). Другими словами, если галактики — это «острова Вселенной», то они, как правило, объединены в архипелаги. Размеры галактик тоже различ­ны. Есть галактики-карлики в несколько десятков световых лет и галактики-великаны с поперечником до 18 млн световых лет.

Средние расстояния между галактиками в группах и скоплениях примерно в 10—20 раз больше, чем размеры крупнейших галактик. Расстояния между скоплениями галактик составляют десятки мега-парсек. Таким образом, галактики заполняют пространство с большей относительной плотностью, чем звезды во внутригалактическом простран­стве (расстояния между звездами в среднем в 20 млн раз больше их диаметра).

Наиболее исследована местная группа галактик, в которой самы­ми яркими являются наша Галактика и туманность Андромеды. Во­круг них, в свою очередь, располагаются еще целые семейства галак­тик. Так, в семейство нашей Галактики входят 14 карликовых эллип­тических галактик, несколько внегалактических шаровых скоплений и ряд так называемых неправильных галактик, среди которых круп­нейшие Магеллановы Облака (Большое и Малое). Недавно открыта новая галактика, которая находится от нас на расстоянии всего 55 тыс. световых лет. Ее назвали Сникерс (усмешка, ухмылка). Не­сколько меньшее семейство у туманности Андромеды (одна спираль­ная, две эллиптические и несколько карликовых).

Ближайшие соседние группы галактик располагаются в 2—5 Мпк от Местной группы и по составу похожи на нее. В пределах 10—20 Мпк около нашей Галактики обнаружено несколько десятков групп галак­тик. Ближайшее крупное скопление галактик находится в созвездии Девы на расстоянии около 20 Мпк. В это скопление входит около 200 галактик средней и высокой светимости. Скопление в созвездии Девы представляет собой, по-видимому, центральное сгущение еще более крупной системы галактик — сверхскопления галактик. (Уже давно замечено, что яркие галактики расположены по небу не беспо­рядочно, а поясом, который можно назвать Млечным Путем галак­тик.) Общее число галактик нашего сверхскопления, исключая кар­ликовые, около 20 000, диаметр его около 60 Мпк. Ближайшие соседи нашего Сверхскопления — сверхскопления в созвездии Льва (на рас­стоянии 140 Мпк) и в созвездии Геркулеса (190 Мпк). В настоящее время выявлено свыше полусотни сверхскоплений галактик.

Чрезвычайно многообразны и формы галактик. Типология форм галактик, разработанная еще Э. Хабблом, в основном сохранилась до настоящего времени, хотя, конечно, за прошедшие десятилетия были обнаружены и новые типы галактик. Хаббл выделял три основ­ных типа галактик:

эллиптические, имеющие круглую или эллиптическую форму (обозначаются Е); это наиболее простые галактики, не содержащие горячих звезд, сверхгигантов, пыли и газовых туманностей; в центре их нет ядра;

спиральные, которые Хаббл разбил на два семейства — обычные (S) и пересеченные (SB). У первых ветви выходят непосредственно из ядра; у вторых ядро пересечено широкой, яркой полосой, называемой перемычкой или баром; спиральные ветви отходят от концов бара;

неправильные галактики (Ir) имеют клочковатое строение и непра­вильную форму; яркость и светимость их невелики; они изобилуют горячими сверхгигантами, газовыми туманностями и пылью (напри­мер, Большое и Малое Магеллановы Облака); к неправильным галак­тикам относятся также взаимодействующие галактики; большинство неправильных галактик — карлики.

Форма и структура галактик связаны с их основными физически­ми характеристиками: размером, массой, светимостью. И по этим характеристикам мир галактик оказался поразительно разнообразным.

В центрах галактик обычно сосредоточено огромное количество; вещества (до 10% всей ее массы). Здесь происходят выбросы большо­го количества вещества, что приводит к интенсивному движению от центра туч водорода. В отдельных галактиках ядро, по-видимому, может представлять собой черную дыру.

По нашим человеческим меркам галактики невообразимо огром­ны, но в космологических масштабах они ничтожно малы. Галак­тики разбросаны по Вселенной более или менее беспорядочно, од­нако они обычно собраны в небольшие группы. Подобные группы галактик — «атомы» космологии. Космология рассматривает пове­дение Вселенной лишь в масштабах такого или более высокого по­рядков. Процессы, происходящие в отдельных галактиках (хотя они могут быть очень важными) редко становятся существенными для космологии.

Источник: StudFiles.net

В прошлом астрономам мало было известно о галактиках — гигантских звездных структурах, разбросанных по всем бесконечным далям Вселенной. Далекие туманные объекты привлекли повышенное внимание лишь после изобретения телескопа.

Постепенно было открыто около 100 таких объектов, и уже в ХVIII веке был составлен первый каталог туманностей. За восемь лет до штурма Бастилии и начала Великой французской революции член Парижской академии Шарль Мессье (1730–1817) опубликовал список из 103 галактических туманностей, которые отныне получили порядковый номер рядом с первой буквой фамилии французского астронома. Среди них, конечно же, были и одни из самых прекрасных созданий природы, космических «чудес света» — спиральные галактики, олицетворением которых может служить туманность в созвездии Андромеды (М31 — по каталогу Ш. Мессье), видимая, кстати, при благоприятных условиях наблюдения невооруженным глазом — в форме небольшого размытого светящегося пятнышка. Другие (неспиральные) галактики, видимые без зрительных приборов, но только в Южном полушарии, — Большое и Малое Магеллановы облака, — были открыты во время кругосветного плавания сподвижников великого португальского мореплавателя и названы в его честь. Впоследствии оказалось, что это ближайшие к нам «звездные континенты».

Спиральная форма далеко не обязательная и тем более не доминирующая во Вселенной. Достаточно распространены, к примеру, эллиптические галактики. Чрезвычайный исследовательский интерес представляют те из галактик, которые связаны между собой перемычками («мостами»). Существуют и небольшие — карликовые галактики (одна такая была открыта совсем недавно британскими астрономами в качестве крохотного спутника Млечного Пути). Чтобы достичь самых близких галактик, свету требуются сотни лет. Самые дальние из открытых на сегодня удалены от Земли на миллиарды световых лет.

До 20-х годов нынешнего века не было доподлинно известно, чем же на самом деле являются галактики. Бытовало мнение, что это космическое газообразное вещество, из которого формируются звезды и планеты. Мало у кого вызывало сомнение, что таинственные туманности составляют структуру однородного звездного мира. Хотя еще шведский натурфилософ и теософ-мистик Эммануил Сведенборг (1688–1772) высказывал проницательную догадку, что хорошо всем известный Млечный Путь, быть может, является гигантской «звездной сферой», одной из бесчисленных и необъятных множеств подобных сфер. В конце ХVIII века Вильям Гершель, наблюдавший туманности с помощью своего гигантского телескопа, сумел различить в них отдельные звезды. Время от времени высказывались соображения о туманностях как об объектах, находящихся за пределами гигантской звездной структуры, куда входит наше Солнце. Но к единому мнению ученые-астрономы не пришли. Не хватало достоверных фактов.

Главным виновником очередной революции в астрономии стал выдающийся американский ученый-космист Эдвин Хаббл. Америке невероятно повезло, причем вдвойне. Во-первых, в начале 1920-х годов в Маунт-Вилсонсовской обсерватории (Калифорния) вступил в строй крупнейший для того времени телескоп с диаметром зеркала 2,5 м. Он позволял делать высокоразрешающие снимки далеких объектов. Во-вторых, с этим телескопом стал работать не кто-то иной, а именно Хаббл. По полученным фотографиям он быстро установил, что все размытые пятнышки многочисленных туманностей в действительности — гигантские космические системы, состоящие из миллиардов звезд. Хаббл же предложил и первую классификацию галактик, выполненную в удобной графической форме — в виде «камертона» (рис. 56).

В ручке «камертона» находятся эллиптические галактики различных форм — от шара до линзы. По развилке располагаются спиральные галактики — по мере изменения их «орнамента».

Спиральные рукава — результат вихреобразного вращения гигантских звездных систем. Но закономерности их образования те же, что и в обычной гидродинамике. Точно так же образуются, к примеру, циклоны в атмосфере Земли и похоже они выглядят на фотографиях, сделанных со спутников из Космоса. Вихревая концепция Мироздания давно и плодотворно используется в космогонии и восходит к классическим работам Кеплера и Декарта. Впоследствии вихревую модель успешно применили Кант и Лаплас при разработке чрезвычайно популярной в свое время небулярной теории происхождения Солнечной системы. Установлено, что основную массу во Вселенной составляют спиралевидные галактики: их около 75 %, эллиптических — 20 %, а имеющих неправильную форму — 5 %.

Самих же галактических систем в безднах Космоса просто не счесть: чем дальше вглубь — тем все больше новых и новых галактик. Расположены они на значительном отдалении от нашей собственной Галактики — системы Млечного Пути. И главное — являются основными структурными элементами самой Вселенной.

Раздвинув границы наблюдаемой Вселенной до 500 миллионов световых лет, Хаббл насчитал в этом участке бесконечного Космоса до 100 миллионов галактик. В настоящее время счет галактик ведется на миллиарды. Число звезд в самых больших из них оценивается до 10^12–10^13 (для сравнения: количество звезд в нашей собственной Галактике — 10^11). Подсчет звезд и галактик в настоящее время производится автоматически с помощью специального оборудования. Ученые обнаружили в мире галактик даже такие процессы, которые наталкивают на аналогии с миром живых явлений. Так, американский астроном Джон Гриббин привел в 1977 году фотографию, напоминающую процесс родов у животных и человека: из материнской галактики как бы извергаются галактики-эмбрионы. У других галактик, по-видимому, есть щель, сопряженная с расположенными поблизости галактиками и вращающимися вокруг «матки».

Хабблу принадлежит и названный его именем закон установления зависимости расстояния галактик от красного смещения в их спектрах. Впоследствии на данном основании было сделано предположение о разбегании галактик. Парадоксальность ситуации заключается в том, что сам Хаббл долгое время отрицал сам факт расширения Вселенной и отстаивал ее устойчивую модель. В главном своем труде «Мир туманностей» он писал:

Хотя в представлении современного читателя Хаббл считается чуть ли не отцом концепции «Большого взрыва», сам он до конца дней своих относился подчеркнуто осторожно (и даже настороженно) к подобной «славе», предпочитая использовать по отношению к новомодной теории сослагательное наклонение, оговорки и вводные предложения и постоянно высказываясь в том смысле, что не за горами, дескать, более надежное и непарадоксальное представление о начальных и ранних этапах происхождения Вселенной. Вот что, к примеру, говорил он на лекции, прочитанной на собрании английского королевского астрономического общества за четыре месяца до смерти:

Красное смещение — обычное физическое явление (рис. 57), но объясняется оно вовсе не «разбеганием» источников электромагнитного излучения, а тормозящим действием сил тяготения, приводящим к уменьшению скорости света. В спектре Солнца также наблюдается красное смещение, но из этого, разумеется, не вытекает, что Солнце «убегает» от Земли. Существуют и иные объяснения факта красного смещения: 1) «старение» света, то есть потеря фотоном части своей энергии при движении в пространстве (А. А. Белопольский — Россия); 2) аннигиляция (исчезновение) вещества (Х. Альвен — Швеция); 3) зависимость массы элементарных частиц и излучения от времени (Ф. Хойл — Англия; Дж. Нарликар — Индия) и т. д. Как тут не вспомнить старый афоризм Паскаля: «Нет несчастия хуже того, когда человек начинает бояться истины, чтобы она не обличила его».

Хотя нас окружает бессчетное число галактик, человека, конечно же, в первую очередь интересует и всегда будет интересовать его собственный дом — Галактика Млечного Пути (рис. 58). Он постоянно напоминал о себе, всегда был перед глазами — во всякие эпохи и в любых концах земли. И во все времена люди задавались вопросом: что же за расчудесное явление раскинулось у них перед глазами. В одном из астрономических трактатов Аристотеля Млечному Пути посвящена отдельная глава. Великий Стагирит приводит различные мнения относительно его происхождения, высказанные различными мыслителями — от Пифагора до современных ему ученых. Но формулирует и собственную точку зрения, исходя из науки того времени. При этом выдвигается верная в общем-то догадка, что Млечный Путь является своего рода «хвостом», наподобие кометного, но созданным не одним небесным телом, а множеством звезд.

Лишь в середине нынешнего века стало ясно, что Млечный Путь — гигантский рукав скрученной в спираль огромной звездной системы, одной из множества давно известных спиральных галактик. Диаметр Млечного Пути — 100 000 световых лет.

Количество составляющих его звезд превышает 100 миллиардов (точная цифра пока не установлена). Спиралью Млечный Путь — так же, как и любая другая галактика данного типа, — предстает, естественно, только будучи повернутым к наблюдателю своим «лицом». С ребра спиральная галактика выглядит наподобие линзы — выпукло-шарообразная центральная часть и дископодобный обод (рис. 59).

Однако наша Галактика не ограничивается одними лишь звездами, образующими ее диск. Несколько процентов от общей галактической массы составляют межзвездный газ и галактическая пыль. На некотором отдалении от галактического диска разбросано множество звездных шаровых скоплений — своего рода спутников Галактики. Каждое такое скопление содержит до миллиона звезд. Наконец, сравнительно недавно выяснилось, что Галактика имеет еще и протяженную корону, которая простирается на расстояние, в несколько десятков раз превышающее диаметр диска. (Схематически это изображено на рис. 60.)

Диск Галактики вращается в виде целостности — наподобие тарелки. Угловая скорость вращения вокруг центра отдельных звезд разная. Вращение Галактики было открыто в 1925 году нидерландским астрономом Яном Хендриком Оортом (1900–1992). Он же определил и положение ее центра, находящегося в направлении созвездия Стрельца. Расстояние до него составляет приблизительно 30 000 световых лет. Изучая относительное движение звезд, Оорт установил также, что Солнце движется и вокруг центра Галактики по орбите, близкой к круговой, со скоростью 220 км/сек (современные измерения доводят эту величину до 250 км/сек). Полный оборот вокруг центра совершается примерно за 2,2.108 лет.

Подсчитано, что для создания притяжения, которое заставило бы Солнце двигаться по орбите на указанном расстоянии и с указанной скоростью, центр Галактики должен иметь массу, в 90 000 000 000 раз превосходящую массу Солнца. Если принять, что в центре Галактики сосредоточено 90 % ее массы, то общая масса Галактики должна быть в 100 000 000 000 раз больше массы Солнца. Отсюда делается вывод, что именно такое количество звезд (то есть единица с 11 нулями) составляет нашу Галактику (хотя некоторые ученые называют более высокую цифру). Установлена и скорость вращения некоторых других галактик; она колеблется от 100 до 300 км/сек.

Так как мы находимся внутри собственного дома — Галактики, — нам не дано воочию увидеть ни великолепия спиральных рукавов, ни ядра, в центре которого находится таинственный источник колоссальной энергии (подсчитано, что его мощность равна 100 миллионов Солнц, хотя размеры не столь велики — примерно в пределах орбиты Юпитера). Ученые верно подметили, что наша Галактика (как, впрочем, и другие) чрезвычайно напоминает живой организм. Она обладает своего рода обменом веществ — своего рода «космическим метаболизмом». Различные объекты Галактики и составные элементы ее иерархии находятся в состоянии непрерывного взаимодействия.[31]

А что же творится вокруг нашего галактического острова? Что находится в далях бесконечности, там, куда едва достают самые мощные радиотелескопы? Еще совсем недавно ученые полагали, что галактики образуют во Вселенной достаточно однородную массу, равномерно и монотонно распределяясь в необозримом космическом пространстве. Все оказалось не так! Обнаружилось, что на самом деле галактики сбиты в комки, а между ними — зияющие пустоты. Причем комья эти образованы не отдельными галактиками, а их скоплениями, известными астрономам и раньше. По существу, вся Вселенная состоит из подобных сверхскоплений. Обычные скопления образуют сверхскопления, подобно бусинкам на нитке. Так была открыта крупномасштабная структура Вселенной — одно из значительных достижений теоретической космологии, наблюдательной астрономии и практической астрофизики в конце ХХ века.[32]

Самые большие из обнаруженных на сегодня сверхскоплений напоминают длинные волокна или же сферические оболочки, состоящие из сотен и даже тысяч галактик. Самое большое из обнаруженных скоплений имеет протяженность более 1 миллиарда световых лет. Такое вытянутое галактическое волокно было открыто в области созвездий Персей и Пегас. Начинаясь вблизи Персея, оно, плавно изгибаясь, уходит в южном направлении. Здесь можно насчитать 16 структурных элементов, состоящих из галактических «кучек». Между ними равномерные зазоры длиной по 160 миллионов световых лет. Космические пустоты столь же протяженны. Так, измеренные расстояния между волокнами достигают 300 миллионов световых лет. Все это позволило космологам сравнивать структуру Вселенной с гигантской губкой или ноздрястой головкой сыра.

Интенсивное изучение галактик, в том числе и с помощью радиотелескопов, открытие фонового излучения, новых, совершенно необычных космических объектов типа квазаров привело к возникновению новых загадок и к созданию множества космологических моделей строения и происхождения Вселенной. Как же современные ученые представляют себе происхождение и эволюцию различных космических структур? Автор данной книги исходит из традиционно-классической предпосылки правильного понимания данной проблемы, подтвержденного авторитетом мирового космистского мировоззрения. Суть такого подхода в следующем. Вселенная существует вечно, пребывая, однако, в непрерывном движении, развитии, возникновении и исчезновении ее многоразличных и неисчерпаемых форм, их постоянной трансформации и взаимопереходах друг в друга. Конкретные космические объекты (конечные — в отличие от бесконечно-целостной Вселенной) постоянно эволюционируют: они рождаются, живут и умирают, но на их месте незамедлительно появляются новые. Все в мире устроено так, что если, к примеру, конкретные отдельно взятые звезды, планеты, галактики гибнут, то звезда, планета, галактика как явление природы не исчезают, и их общее невообразимо большое количество во Вселенной сохраняется.

Все космогонические старые и новые естественно-научные теории (а точнее — гипотезы) — сколь бы сложны или вычурны они ни были — крутятся вокруг двух простых слов «холодно» и «горячо». Первые утверждают, что исходный материал, из которого образовались небесные тела, был сначала холодным, а затем постепенно (или, напротив, мгновенно) разогревался. Вторые доказывают обратное: исходный материал изначально был горячим (и даже — сверхгорячим), а остывание началось после образования космических протообъектов. В первом случае мы имеем дело с так называемыми «холодными моделями», во втором — с «горячими». Но, как уже говорилось: моделей много — мир один. Весомый вклад в разработку космогонических идей внес известный советский астроном В. А. Амбарцумян (1908–1996). Его взгляды и подходы разделяют ученые разных стран. Особенно конструктивными и плодотворными астрономические и космологические наработки Амбарцумяна оказались в области галактической и внегалактической астрономии. По мнению ученого, эволюция любой галактики в очень большой степени зависит от активности и деятельности ее ядра. Эта точка зрения не считается общепринятой. Наличие ядра — распространенное свойство галактик (хотя есть галактики и без ядер). Ядра есть и в нашей Галактике, и в галактике Андромеды, и во многих других. Что они собой представляют? Ядро галактики Андромеды, например, — небольшая звездная система, диаметром около 10 световых лет. Это небольшая величина, если учитывать, что диаметры самих галактик измеряются иногда несколькими десятками тысяч световых лет. Ядра галактик — очень плотные образования, там множество звезд, и есть предположение, что ядра состоят только из звезд. Но еще в 40-х годах нашего столетия было открыто, что некоторые ядра, видимо, находятся в каком-то странном, возбужденном состоянии, там происходит движение газов со скоростью около 1000 километров в секунду. Массы этих газов огромны, они измеряются тысячами солнечных масс, а иногда и сотнями тысяч. Каков же источник газов? Изучение радиогалактик позволило предположить, что в каждом ядре есть какое-то тело, обладающее незвездными свойствами, которое выбрасывает из себя огромные массы газов. Наконец, существуют компактные галактики. Это, по сути дела, одно ядро, и ничего больше.

Галактики, вероятно, начинают свое существование как образования неопределенной формы — типа Магеллановых облаков.

Под влиянием активности их ядер они постепенно принимают спиральную структуру. Выбрасывающиеся из ядра массы располагаются вблизи ядра вдоль магнитных силовых линий, которые затем из-за вращения галактики закручиваются и образуют спиральные ветви. Эти ветви должны беспрерывно возобновляться путем выбросов вещества из ядра, так как из-за утечки вещества вдоль магнитных силовых линий ветви могут исчезнуть через относительно короткое время в несколько сотен миллионов лет. Каким образом пополняется масса ядер, мы пока еще не знаем. Астрономы считают, что в течение существования нашей собственной Галактики (системы Млечного Пути) из ее ядра было выброшено около 10 % ее общей массы, что составляет массу 20 миллионов Солнц. Такое большое уплотнение вещества в сравнительно небольшом объеме, которое имеется в ядре нашей Галактики, нигде больше не наблюдается.

В. А. Амбарцумян высказал мнение, что само ядро состоит из так называемого гиперонного газа с фантастической плотностью, а именно 1015 г/см3: один кубический сантиметр этого газа должен весить 100 000 000 тонн. На поверхности этого гиперонного ядра происходит превращение гиперонов в нейтроны, которые затем распадаются на протоны и электроны. Это приводит к наблюдаемому образова-нию межзвездного водорода в ядрах галактики. В своем дальнейшем развитии галактика продолжает сжиматься и принимает форму плоского диска, который сохраняет свою спиральную структуру. Плотность галактики повышается, и число образующихся в ней звезд увеличивается. В течение нескольких десятков миллиардов лет активность ядер в конце концов истощается, спиральная структура исчезает и галактика становится эллиптической, без признаков внутренней структуры и без сверхплотного ядра. В эллиптической галактике звезды образуются в ограниченном числе. Английские астрономы оценили возраст некоторых бесструктурных и спиралеобразных галактик по содержанию в них массы и по их яркости: одной из самых молодых галактик является Малое Магелланово облако, которое образовалось около 5 миллиардов лет тому назад, галактика М31 в созвездии Андромеды имеет возраст 35 миллиардов лет, а галактика М101 в созвездии Большой Медведицы даже 140 миллиардов лет. Наша Галактика, по мнению большинства ученых, относится к сравнительно молодым галактикам.

Источник: www.e-reading.mobi

Рождение галактик

Галактики появились на свет вскоре после звезд. Считается, что первые светила вспыхнули никак не позднее, чем спустя 150 млн лет после Большого взрыва. В январе 2011 года команда астрономов, обрабатывавших информацию с космического телескопа «Хаббл», сообщила о вероятном наблюдении галактики, чей свет ушел в космос через 480 млн лет после Большого взрыва. В апреле еще одна исследовательская группа обнаружила галактику, которая, по всей вероятности, уже вполне сформировалась, когда юной Вселенной было около 200 млн лет.

Условия для рождения звезд и галактик возникли задолго до его начала. Когда Вселенная прошла возрастную отметку в 400 000 лет, плазма в космическом пространстве заменилась смесью из нейтрального гелия и водорода. Этот газ был еще чересчур горяч, чтобы стянуться в молекулярные облака, дающие начало звездам. Однако он соседствовал с частицами темной материи, изначально распределенными в пространстве не вполне равномерно — где чуть плотнее, где разреженнее. Они не взаимодействовали с барионным газом и потому под действием взаимного притяжения свободно стягивались в зоны повышенной плотности. Согласно модельным вычислениям, уже через сотню миллионов лет после Большого взрыва в космосе образовались облака темной материи величиной с нынешнюю Солнечную систему. Они объединялись в более крупные структуры, невзирая на расширение пространства. Так возникли скопления облаков темной материи, а потом и скопления этих скоплений. Они втягивали в себя космический газ, предоставляя ему возможность сгущаться и коллапсировать. Таким путем появились первые сверхмассивные звезды, которые быстро взрывались сверхновыми и оставляли после себя черные дыры. Эти взрывы обогащали космическое пространство элементами тяжелее гелия, которые способствовали охлаждению коллапсирующих газовых облаков и потому делали возможным появление менее массивных звезд второго поколения. Такие звезды уже могли существовать миллиарды лет и потому были в состоянии формировать (опять-таки с помощью темной материи) гравитационно связанные системы. Так возникли долгоживущие галактики, в том числе и наша.

Галактики острова вселенной

«Многие детали галактогенеза еще скрыты в тумане, — говорит Джон Корменди. — В частности, это относится к роли черных дыр. Их массы варьируют от десятков тысяч масс Солнца до абсолютного на сегодняшний день рекорда в 6,6 млрд солнечных масс, принадлежащего черной дыре из ядра эллиптической галактики М87, расположенной в 53,5 млн световых лет от Солнца. Дыры в центрах эллиптических галактик, как правило, окружены балджами, составленными из старых звезд. Спиральные галактики могут вовсе не иметь балджей или же обладать их плоскими подобиями, псевдобалджами. Масса черной дыры обычно на три порядка меньше массы балджа — естественно, если оный наличествует. Эта закономерность подтверждается наблюдениями, охватывающими дыры массой от миллиона до миллиарда солнечных масс».

Как полагает профессор Корменди, галактические черные дыры набирают массу двумя путями. Дыра, окруженная полноценным балджем, растет за счет поглощения газа, который приходит к балджу из внешней зоны галактики. Во время слияния галактик интенсивность поступления этого газа резко возрастает, что инициирует вспышки квазаров. В результате балджи и дыры эволюционируют параллельно, что и объясняет корреляцию между их массами (правда, могут работать и другие, еще неизвестные механизмы).

Галактики острова вселенной Исследователи из Питтсбургского университета, Калифорнийского университета в Ирвине и Атлантического университета Флориды смоделировали ситуацию столкновения Млечного пути и предшественницы карликовой эллиптической галактики в Стрельце (Sagittarius Dwarf Elliptical Galaxy, SagDEG). Они проанализировали два варианта столкновений — с легкой (3х1010 масс Солнца) и тяжелой (1011 масс Солнца) SagDEG. На рисунке показаны результаты 2,7 млрд лет эволюции Млечного пути без взаимодействия с карликовой галактикой и с взаимодействием с легким и тяжелым вариантом SagDEG.

Иное дело безбалджевые галактики и галактики с псевдобалджами. Массы их дыр обычно не превышают 104−106 солнечных масс. По мнению профессора Корменди, они подкармливаются газом за счет случайных процессов, которые происходят недалеко от дыры, а не простираются на целую галактику. Такая дыра растет вне зависимости от эволюции галактики или ее псевдобалджа, чем и обусловлено отсутствие корреляции между их массами.

Растущие галактики

Галактики могут увеличивать и размер, и массу. «В далеком прошлом галактики делали это гораздо эффективней, нежели в недавние космологические эпохи, — объясняет профессор астрономии и астрофизики Калифорнийского университета в Санта-Круз Гарт Иллингворт. — Темпы рождения новых звезд оценивают в терминах годового производства единицы массы звездного вещества (в этом качестве выступает масса Солнца) на единицу объема космического пространства (обычно это кубический мегапарсек). Во времена формирования первых галактик этот показатель был весьма невелик, а затем пошел в быстрый рост, продолжавшийся до тех пор, пока Вселенной не исполнилось 2 млрд лет. Еще 3 млрд лет он был относительно постоянным, потом начал снижаться почти пропорционально времени, и снижение это продолжается по сей день. Так что 7−8 млрд лет назад средний темп звездообразования в 10−20 раз превышал современный. Большинство доступных наблюдению галактик уже полностью сформировались в ту далекую эпоху».

Галактики острова вселенной На рисунке — результаты эволюции в различные моменты времени — начальная конфигурация (a), через 0,9 (b), 1,8 © и 2,65 млрд лет (d). Согласно модельным расчетам, бар и спиральные рукава Млечного Пути могли сформироваться в результате столкновений с SagDEG, которая изначально тянула на 50−100 миллиардов солнечных масс. Дважды она проходила сквозь диск нашей Галактики и теряла часть своей материи (и обычной, и темной), вызывая пертурбации его структуры. Нынешняя масса SagDEG не превышает десятков миллионов солнечных масс, и очередное столкновение, которое ожидают не позже, чем через 100 миллионов лет, скорее всего, станет для нее последним.

В общих чертах эта тенденция понятна. Галактики увеличиваются двумя основными способами. Во‑первых, они получают свежий материал для звездообразования, втягивая из окружающего пространства газ и частицы пыли. В течение нескольких миллиардов лет после Большого взрыва этот механизм исправно работал просто потому, что звездного сырья в космосе хватало всем. Потом, когда запасы истощились, темп звездного рождения упал. Однако галактики нашли возможность увеличивать его за счет столкновения и слияния. Правда, для реализации этого варианта необходимо, чтобы сталкивающиеся галактики располагали приличным запасом межзвездного водорода. Крупным эллиптическим галактикам, где его практически не осталось, слияние не помогает, зато в дисковидных и неправильных оно работает.

Курс на столкновение

Посмотрим, что происходит при слиянии двух примерно одинаковых галактик дискового типа. Их звезды практически никогда не сталкиваются — слишком велики расстояния между ними. Однако газовый диск каждой галактики ощущает приливные силы, обусловленные притяжением соседки. Барионное вещество диска теряет часть углового момента и смещается к центру галактики, где возникают условия для взрывного роста скорости звездообразования. Часть этого вещества поглощается черными дырами, которые тоже набирают массу. В заключительной фазе объединения галактик черные дыры сливаются, а звездные диски обеих галактик теряют былую структуру и рассредоточиваются в пространстве. В итоге из пары спиральных галактик образуется одна эллиптическая. Но это отнюдь не полная картина. Излучение молодых ярких звезд способно выдуть часть водорода за пределы новорожденной галактики. В то же время активная аккреция газа на черную дыру вынуждает последнюю время от времени выстреливать в пространство струи частиц огромной энергии, подогревающие газ по всей галактике и тем препятствующие формированию новых звезд. Галактика постепенно затихает — скорее всего, навсегда.

Источник: www.PopMech.ru

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РФ

Федеральное государственное  бюджетное образовательное

Учреждение высшего профессионального  образования

«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра общего, стратегического, информационного менеджмента

и бизнес-процессов

 

 

 

РЕФЕРАТ НА ТЕМУ

«Галактики –  острова вселенной»

 

Работу выполнила Быстрая Алина

 курс 3 факультет управления  и психологии

Специальность: документоведение и документационное обеспечение  управления

Руководитель: Окунин Сергей Владимирович

 

 

 

 

 

 

         

 

Краснодар 2012

История изучения галактик

В 1610г. Галилео Галилей  при исследовании Млечного Пути с  помощью телескопа обнаружил, что  Млечный Путь состоит из огромного  числа слабых звёзд. В трактате 1755г, основанном на работах Томаса Райта, Эммануил Кант предположил, что Галактика может быть вращающимся телом, которое состоит из огромного количества звёзд, удерживаемых гравитационными силами, сходными с теми, что действуют в Солнечной системе, но в больших масштабах. Кант высказал и предположение, что некоторые из туманностей, видимых на ночном небе, могут быть отдельными галактиками.

Ульям Гершель высказал предположение, что туманности могут быть далёкими звёздными системами, аналогичными системе Млечного Пути. В 1785 году он попытался определить форму и размеры Млечного Пути и положения в нём Солнца.

В XIX веке считалось, что неразрешимые на звёзды туманности являются формирующимися планетными системами.

К середине XIX века Джон Гершель открыл ещё 5000 туманных объектов. Построенное на их основе распределение стало главным аргументом против предположения, что они являются далёкими «островными вселенными», подобными нашей системе Млечного Пути. Было обнаружено, что существует «зона избегания» — область, в которой нет или почти нет подобных туманностей. Эта зона находилась близ плоскости Млечного Пути и была проинтерпретирована как связь туманностей с системой Млечного Пути. Поглощение света, наиболее сильное в плоскости Галактики, было ещё неизвестно.

Вращение Галактики вокруг ядра предсказано Марианом Ковальским, который в 1860 году в «Учёных записках Казанского университета» опубликовал статью с его математическим обоснованием.

В 1865 году Уильям Хаггинс впервые получил спектр туманностей. Характер эмиссионных линии туманности Ориона явно говорил о её газовом составе, но спектр туманности Андромеды был непрерывный, как и у звёзд. Хаггинс заключил, что такой вид спектра M31 вызван высокой плотностью и непрозрачностью составляющего её газа.

В 1910 году Джордж Ричи получил снимки, на которых было видно, что спиральные ветви больших туманностей усыпаны звездообразными объектами. Это могли быть и компактные туманности, и звёздные скопления, и несколько слившихся изображений звёзд.

В 1936 году Хаббл построил классификацию галактик, которая используется по сей день и называется последовательностью Хаббла.

В конце 1940-х гг. А. А. Калиняк, В. И. Красовский и В. Б. Никонов получили первое изображение центра Галактики в инфракрасном диапазоне спектра.

Новые наблюдения, произведённые  в начале 1990-х годов на космическом  телескопе «Хаббл», показали, что тёмная материя в нашей Галактике не может состоять только из очень слабых и малых звёзд. На нём также были получены изображения далёкого космоса, показавшие очевидность того, что в нашей Вселенной существуют сотни миллиардов галактик.

Галактика (от древнегреческого — Млечный Путь) — гигантская гравитационно-связанная система из звёзд и звёздных скоплений, межзвёздного газа и пыли, и тёмной материи. Все объекты в составе галактик участвуют в движении относительно общего центра масс.

Галактики — чрезвычайно далёкие  объекты, расстояние до ближайших из них принято измерять в мегапарсеках, а до далёких — в единицах красного смещения z. Именно из-за удалённости различить на небе невооружённым глазом можно всего лишь три из них: туманность Андромеды (видна в северном полушарии), Большое и Малое Магеллановы Облака (видны в южном).

Галактики отличаются большим разнообразием: среди них можно выделить сфероподобные эллиптические галактики, дисковые спиральные галактики, галактики с перемычкой , карликовые, неправильные и т. д. Если же говорить о числовых значениях, то, к примеру, их масса варьируется от 107 до 1012 масс Солнца, для сравнения масса нашей галактики Млечный Путь 3·1012 масс Солнца. Диаметр галактик — от 5 до 250 килопарсек (16-800 тысяч световых лет), для сравнения диаметр нашей галактики Млечный Путь около 100 000 световых лет. Самая большая известная на 2012 год галактика IC 1101 имеет диаметр более 600 килопарсек.

Одной из нерешённых проблем строения галактик является тёмная материя, проявляющая себя только в гравитационном взаимодействии. Она может составлять до 90 % от общей массы галактики, а может и полностью отсутствовать, как в карликовых галактиках.

В пространстве галактики распределены неравномерно: в одной области  можно обнаружить целую группу близких  галактик, а можно не обнаружить ни одной, даже самой маленькой галактики. Точное количество галактик в наблюдаемой части Вселенной неизвестно, но, по всей видимости, их порядка ста миллиардов.

Рождение галактик

Колоссальные водородные сгущения сверх галактики и скоплений  галактик  медленно вращались. Внутри их образовывались вихри, похожие на водовороты. Их диаметр достигал примерно ста тысяч световых лет. Мы называем эти системы протогалактиками, то есть зародыш галактик. Несмотря на свои невероятные размеры, вихри протогалактик были всего лишь ничтожной частью сверхгалактик и по размеру не превышали одну тысячную сверхгалактики. Сила гравитации образовывала из этих вихрей системы звезд, которые мы называем галактиками. Некоторые из галактик до сих пор напоминают нам гигантское завихрение.

Астрономические исследования показывают, что скорость вращения завихрения предопределила форму галактик, родившейся из этого вихря. Выражаясь научным языком, скорость осевого вращения определяет тип будущей галактики. Из медленно вращающихся вихрей возникли эллиптические галактики, в то время как из быстро вращающихся родились сплющенные спиральные галактики.

В результате силы тяготения  очень медленно вращающийся вихрь  сжимался в шар или несколько  сплюснутый эллипсоид. Размеры такого правильного гигантского водородного  облака были от нескольких десятков до нескольких сотен тысяч световых лет. Не трудно определить, какие из водородных атомов вошли в состав рождающейся эллиптической, точнее говоря эллипсоидальной галактики, а какие остались в космическом  пространстве вне ее. Если энергия связи сил гравитации атома на периферии превышала его кинетическую энергию, атом становился составной частью галактики. Это условие называется критерием Джинса. С его помощью можно определить, в какой степени зависела масса и величина протогалактики от плотности и температуры водородного газа.

Протогалактика, которая вообще не вращалась, становилась родоначальницей шаровой галактики. Из-за недостаточной центробежной силы преобладала сила гравитационная. Протогалактика сжималась и плотность водорода в ней возрастала. Как только плотность достигала определенного уровня, начали выделяться и сжиматься сгустки водорода. Рождались протозвезды, которые позже эволюционировали в звезды. Рождение всех звезд в шаровой или слегка приплюснутой галактике происходило почти одновременно. Этот процесс продолжается относительно недолго, примерно сто миллионов лет. Это значит, что в эллиптических галактиках все звезды приблизительно одинакового возраста, то есть очень старые. В эллиптических галактиках весь водород был исчерпан в самом начале, примерно в первую сотню существования галактики. На протяжении последующих 99 сотых этого периода звезды уже не могли возникать. Таким образом, в эллиптических галактиках количество межзвездного вещества ничтожно.

Спиральные галактики, в  том числе и наша, состоят из очень старой сферической составляющей и из более молодой плоской составляющей, находящейся в спиральных рукавах. Между этими составляющими существует несколько переходных компонентов разного уровня сплюснутости, разного возраста и скорости вращения. Строение спиральных галактик, таким образом, сложнее и разнообразнее, чем строение эллиптических. Спиральные галактики кроме того вращаются значительно быстрее, чем галактики эллиптические. Не следует забывать, что они образовались из быстро вращающихся вихрей. Поэтому в создании спиральных галактик участвовали и гравитационные центробежные силы.

Если бы из нашей галактики  через сто миллионов лет после  ее возникновения улетучился весь межзвездный  водород, новые звезды не смогли бы рождаться, и наша галактика стала  бы эллиптической.

Но межзвездный газ  в те далекие времена не улетучился, и, таким образом гравитация и  вращение могли продолжать строительство  нашей и других спиральных галактик. На каждый атом межзвездного газа действовали две силы: гравитация, притягивающая его к центру галактики и центробежная сила, выталкивающая его по направлению от оси вращения. В конечном итоге газ сжимался по направлению к галактической плоскости. В настоящее время межзвездный газ сконцентрирован к галактической плоскости в весьма тонкий слой. Он сосредоточен, прежде всего, в спиральных рукавах и представляет собой плоскую или промежуточную составляющую, названную звездным населением второго типа.  На каждом этапе сплющивания межзвездного газа во все более утончающемся диске рождались звезды. Поэтому в нашей галактике можно найти, как старые, возникшие примерно десять миллиардов лет назад, так и звезды родившиеся недавно в спиральных рукавах, в так называемых ассоциациях и рассеянных скоплениях. Можно сказать, что чем более сплющена система, в которой родились звезды, тем она моложе.

Строение галактик

Распределение звезд в  Галактике имеет две ярко выраженные особенности: во-первых, очень высокая  концентрация звезд в галактической  плоскости, и, во-вторых, большая концентрация в центре Галактики. Так, если в окрестностях Солнца, в диске, одна звезда приходится на 16 кубических парсеков, то в центре Галактики в одном кубическом парсеке находится 10 000 звезд. В плоскости Галактики помимо повышенной концентрации звезд наблюдается также повышенная концентрация пыли и газа.

Галактика состоит из диска, гало и короны. Центральная, наиболее компактная область Галактики называется ядром. В ядре высокая концентрация звезд: в каждом кубическом парсеке  находятся тысячи звезд. Если бы мы жили на планете около звезды, находящейся  вблизи ядра Галактики, то на небе были бы видны десятки звезд, по яркости  сопоставимых с Луной. В центре Галактики  предполагается существование массивной  черной дыры. В кольцевой области  галактического диска сосредоточено  почти всё молекулярное вещество межзвездной среды; там находится  наибольшее количество пульсаров, остатков сверхновых и источников инфракрасного  излучения. Видимое излучение центральных  областей Галактики полностью скрыто от нас мощными слоями поглощающей  материи.

Галактика содержит две основных подсистемы, вложенные одна в другую и гравитационно-связанные друг с другом. Первая называется сферической — гало, ее звезды концентрируются к  центру галактики, а плотность вещества, высокая в центре галактики, довольно быстро падает с удалением от него. Центральная, наиболее плотная часть  гало в пределах нескольких тысяч  световых лет от центра Галактики  называется балдж. Вторая подсистема — это массивный звездный диск. Он представляет собой как бы два сложенных края тарелки. В диске концентрация звезд значительно больше, чем в гало. Звезды внутри диска движутся по круговым траекториям вокруг центра Галактики. В звездном диске между спиральными рукавами расположено Солнце.

Звезды галактического диска  были названы населением I типа, звезды гало — населением II типа. К диску, плоской составляющей Галактики, относятся звезды ранних спектральных классов О и В, звезды рассеянных скоплений, темные пылевые туманности. Гало, наоборот, составляют объекты, возникшие на ранних стадиях эволюции Галактики: звезды шаровых скоплений, звезды типа RR Лиры. Звезды плоской составляющей по сравнению со звездами сферической составляющей отличаются большим содержанием тяжелых элементов. Возраст населения сферической составляющей превышает 12 миллиардов лет. Его обычно принимают за возраст самой Галактики.

По сравнению с гало диск вращается заметно быстрее. Скорость вращения диска не одинакова  на различных расстояниях от центра. Масса диска оценивается в 150 миллиардов М. В диске находятся спиральные ветви (рукава). Молодые звезды и очаги звездообразования расположены, в основном, вдоль рукавов.

Диск и окружающее его  гало погружены в корону. В настоящее  время считают, что размеры короны Галактики в 10 раз больше, чем  размеры диска.

Виды галактик

Эллиптические галактики — класс галактик с чётко выраженной сферической (эллипсоидной) структурой и уменьшающейся к краям яркостью. Они построены из звёзд красных и жёлтых гигантов, красных и жёлтых карликов и некоторого количества белых звёзд не очень высокой светимости. Отсутствуют бело-голубые гиганты и сверхгиганты. Нет пылевой материи, которая в тех галактиках, в которых она имеется, видна как тёмные полосы на непрерывном фоне звёзд галактики. Поэтому внешне эллиптические галактики отличаются друг от друга в основном одной чертой — большим или меньшим сжатием. Хаббл предложил показателем сжатия считать величину, которую можно вычислить, зная большую и малую ось её эллипса. Если галактика имеет форму шара, то её величина сжатия равна нулю, так как большая и малая оси эллипса равны. Если большая ось существенно больше малой, то иной класс, максимальный класс в этой системе — 10. Записываются эти данные так: E0, Е7, где E — это класс (эллиптическая), цифра — подкласс. Кроме того, эллиптические галактики могут сильно отличаться друг от друга по размеру. Образование новых звезд в эллиптических галактиках практически не идёт.

Источник: stud24.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.