Галактики

В одном из выступлений А.Энштейн сказал (в 1929 г.): “Если говорить честно,

мы хотим не только узнать, как устроена,.. но и по возможности достичь цели

утопической и дерзкой на вид - понять, почему природа является именно

такой... В этом состоит прометеевский элемент научного творчества.”

?

алактики – гигантские (до сотен млрд. звезд) звездные системы. К ни

относится, в частности, наша Галактика. Галактика (от греч. galaktikos -

млечный), звездная система (спиральная галактика), к которой принадлежит

Солнце. Галактики стали предметом космогонических исследований с 20-х годов

нашего века, когда была надежно установлена их действительная природа и

оказалось, что это не туманности, т.е. не облака газа и пыли, находящиеся

неподалеку от нас, а огромные звездные миры, лежащие от нас на очень

больших расстояниях от нас. Открытия и исследования в области космологии

прояснили в последние десятилетия многое из того, что касается предыстории

галактик и звезд, физического состояния разряженного вещества, из которого

они формировались в очень далекие времена. В основе всей современной

космологии лежит одна фундаментальная идея - восходящая к Ньютону идея

гравитационной неустойчивости. Вещество не может оставаться однородно

рассеянным в пространстре, ибо взаимное притяжение всех частиц вещества

стремиться создать в нем сгущения тех или иных масштабов и масс. В ранней

Вселенной гравитационная неустойчивость усиливала первоначально очень

слабые нерегулярности в распределении и движении вещества и в определенную

эпоху привела к возникновению сильных неоднородностей: “блинов” -

протоскоплений. Границами этих слоев уплотнения служили ударные волны, на

фронтах которых первоначально невращательное, безвихревое движение вещества

приобретало завихренность. Распад слоев на отдельные сгущения тоже

происходил, по-видимому, из-за гравитационной неустойчивости, и это дало

начало протогалактикам. Многие из них оказывались быстро вращающимися

благодаря завихренному состоянию вещества, из которого они формировались.

Фрагментация протогалактических облаков в результате их гравитационной

неустойчивости вела к возникновению первых звезд, и облака превращались в

звездные системы - галактики. Те из них, которые обладали быстрым

вращением, приобретали из-за этого двухкомпонентную структуру - в них

формировались гало более или менее сферической формы и диск, в котором

возникали спиральные рукава, где и до сих пор продолжается рождение звезд

Протогалактики, у которых вращение было медленнее или вовсе отсутствовало,

превращались в эллиптические или неправильные галактики. Параллельно с этим

процессом происходило формирование крупномасштабной структуры Вселенной -

возникали сверхскопления галактик, которые, соединяясь своими краями,

образовывали подобие ячеек или пчелинных сот; их удалось распознать в

последние годы.

Галактика содержит не менее 1011 звезд (общей массой 1011 масс Солнца),

межзвездное вещество (газ и пыль, масса которых составляет несколько

процентов массы всех звезд), космические лучи, магнитные поля, излучение

(фотоны). Большинство звезд занимает объем линзообразной формы поперечником

ок. 30 тыс. пк (1 пк (парсек) = 3,26 светового года = 206265 а.е. = 3*1013

км.), концентрируясь к плоскости симметрии этого объема (галактической

плоскости) и к центру (т. н. плоская подсистема Галактики). Меньшая часть

звезд заполняет почти сферический объем радиусом ок. 15 тыс. пк (т. н.

сферическая подсистема Галактики), концентрируясь к центру (ядру)

Галактики, который находится от Земли в направлении созвездия Стрельца.

Солнце расположено вблизи галактической плоскости на расстоянии ок. 10 тыс.

пк от центра Галактики. Для земного наблюдателя звезды, концентрирующиеся к

галактической плоскости, сливаются в видимую картину Млечного Пути. Млечный

путь – светлая серебристая полоса звезд опоясывает всё небо, составляя

основную часть нашей Галактики. Млечный путь наиболее ярок в созвездии

Стрельца, где находятся самые мощные облака звезд. Наименее ярок он в

противоположной части неба. Из этого нетрудно вывести заключение, что

солнечная система не находится в центре Галактики, который от нас виден в

направлении созвездия Стрельца. Чем дальше от плоскости Млечного Пути, тем

меньше там слабых звезд и тем менее далеко в этих направлениях тянется

звездная система. Размеры Галактики были намечены по расположению звезд,

которые видны на больших расстояниях. Это цефиды и горячие гиганты. В

центре галактики расположено ядро диаметром 1000-2000 пк – гигантское

уплотненное скопление звезд. Оно находится от нас на расстоянии почти 10000

пк (30000 световых лет) в направлении созвездия Стрельца, но почти целиком

скрыто плотной завесой облаков, что препятствует визуальным и

фотографическим обычным наблюдениям этого интереснейшего объекта Галактики.

В состав ядра входит много красных гигантов и короткопериодических цефид.

Масса нашей галактики оценивается сейчас разными способами, равна

2*1011 масс Солнца (масса Солнца равна 2*1030 кг.) причем 1/1000 ее

заключена в межзвездном газе и пыли. Масса Галактики в Андромеде почти

такова же, а масса Галактики в Треугольнике оценивается в 20 раз мменьше.

Поперечник нашей галактики составляет 100000 световых лет. Путем

кропотливой работы московский астрономом В.В. Кукарин в 1944 г. нашел

указания на спиральную структуру галактики, причем оказалось, что мы живем

между двумя спиральными ветвями, бедном звездами.

Кроме звезд в состав Галктики входит еще рассеянная материя,

черезвычайно рассеянное вещество, состоящее из межзвездного газа и пыли.

Оно образует туманности. Туманности бывают диффузными и планетарными.

Светлые они от того, что их освещают близлежащие звезды. Пример:

газопылевая туманность в созвездии Ориона и темная пылевая туманность

Конская голова.

Звезды верхней части главной последовательности а особенно сверхгиганты

и классические цефиды, составляют более молодые население. Оно

располагается дальше от центра и образует сравнительно тонкий слой или

диск. Среди звезд этого диска находится пылевая материя и облака газа.

Субкарлики и гиганты образуют вокруг ядра и диска Галактики сферическую

систему.

В 20-30 гг. XX века Хаббл разработал основы структурной классификации

галактик - гигантских звездных систем, согласно которой различают три

класса галактик:

1. Спиральные галактики - характерны двумя сравнительно яркими ветвями,

расположенными по спирали. Ветви выходят либо из яркого ядра (такие

галактики обозначаются S(Spiral), либо из концов светлой перемычки,

пересекающей ядро (обозначаются – SB).

Представитель - галактика М82 в созвездии Б. Медведицы, не имеет четких

очертаний и состоят в основном из горячих голубых звезд и разогретых ими

газовых облаков. М82 находится от нас на расстоянии 6.5 миллионов световых

лет.Возможно, около миллиона лет тому назад в центральной ее части

произошел мощный взрыв, в результате которого она приобрела сегоднешнюю

форму.

Cпиральная галактика М51 в созвездии Гончих Псов - одна из самых

удивительных спиральных звездных систем. Расстояние до них составляет около

8 миллионов световых лет. Утолщение на конце спиральной ветви - это

самостоятельная неправильная галактика. Отдельные яркие звезды находятся в

нашей галактике.

2. Эллиптические галактики (обозначаются Е(elliptical)) - имеющие форму

эллипсоидов. Представитель - кольцевая туманность в созвездии Лиры

находится на расстоянии 2100 световых лет от нас и состоит из светящегося

газа, окружающего центральную звезду. Эта оболочка образовалась, когда

состарившаяся звезда сбросила газовые покровы и они устремились в

пространство. Звезда сжалась и перешла в состояние белого карлика, по массе

сравнимого с нашим солнцем, а по размеру с Землей. Эллиптические галактики

внешне невыразительные. Они имеют вид гладких эллипсов или кругов с

постепенным круговым уменьшением яркости от центра к периферии. Ни каких

дополнительных частей у них нет, потому что Эллиптические галактики состоят

из второго типа звездного населения. Они построены из звезд красных и

желтых гигантов, красных и желтых карликов и некоторого количества белых

звезд не очень высокой светлости. Отсутствуют бело-голубые сверхгиганты и

гиганты, группировки которых можно наблюдать в виде ярких сгустков,

придающих структурность системе, нет пылевой материи которая, в тех

галактиках где она имеется, создаёт темные полосы, оттеняющие форму

звездной системы. Внешне эллиптические галактики отличаются друг от друга в

основном одной чертой – большим или меньшим сжатием (NGG и 636, NGC 4406,

NGC 3115 и др.)

3. Иррегулярные (неправильные) галактики (обозначаются Ir (irregular))

- обладающие неправильными формами. Представители - Большое Магелланово

Облако находится на расстоянии 165000 световых лет и, таким образом,

является ближайшей к нам галактикой сравнительно небольшого размера Рядом с

ней расположена галактика поменьше - Малое Магелланово Облако. Обе они -

спутники нашей галактики.

По степени клочковатости ветвей спиральные галактики разделяются на

подтипы а, b, с. У первых из них - ветви аморфны, у вторых - несколько

клочковаты, у третьих - очень клочковаты, а ядро всегда неярко и мало.

Во второй половине 40-х годов ХХ века У. Бааде (США) установил, что

клочковатость спиральных ветвей и их голубизна растут с повышением

содержания в них горячих голубых звезд, их скоплений и диффузных

туманностей. Центральные части спиральных галактик желтее, чем ветви и

содержит старые звезды (население второго типа, по Бааде, или население

сферической составляющей), тогда как плоские спиральные ветви состоят из

молодых звезд (население первого типа, или население плоской составляющей).

Плотность распределения звезд в пространстве растет с приближением к

экваториальной плоскости спиральных галактик. Эта плоскость является

плоскостью симметрии системы, и большинство звезд при своем вращении вокруг

центра галактики остается вблизи нее; периоды обращения составляют 107 –

109 лет. При этом внутренние части вращаются как твердое тело, а на

периферии угловая и линейная скорости обращения убывают с удалением от

центра. Однако в некоторых случаях находящееся внутри ядра еще меньшее

ядрышко («керн») вращается быстрее всего. Аналогично вращаются и

неправильные галактики, являющиеся также плоскими звездными системами.

Эллиптические галактики состоят из звезд второго типа населения.

Вращение обнаружено лишь у наиболее сжатых из них. Космической пыли в них,

как правило, нет, чем они отличаются от неправильных и особенно спиральных

галактик, в которых поглощающее свет пылевое вещество имеется в большом

количестве.

В спиральных галактиках поглощающее свет пылевое вещество имеется в

большем количестве. Оно составляет от нескольких тысячных до сотой доли

полной их массы. Вследствие концентрации пылевого вещества к экваториальной

плоскости, оно образует темную полосу у галактик, повернутых к нам ребром и

имеющих вид веретена.

Радиоастрономические наблюдения позволили обнаружить в галактиках

скопления нейтрального водорода. Масса его относительно мала в спиральных

галактиках типа Sа, достигает нескольких процентов в Sв и доходит до 10% от

массы звезд в галактиках Sc, а также в неправильных галактиках.

В основном, нейтральный водород - главная часть газовой составляющей

галактик - расположен в узком экваториальном слое, но отдельные облака

наблюдаются и далеко от него, где нет весьма горячих звезд, способных

ионизировать его и привести в состояние свечения.

Последующие наблюдения показали, что описанная классификация

недостаточна, чтобы систематизировать все многообразие форм и свойств

галактик. Так, были обнаружены галактики, занимающие в некотором смысле

промежуточное положение между спиральными и эллиптическими галактиками

(обозначаются Sо). Эти галактики имеют огромное центральное сгущение и

Страницы: 1, 2