Галактика

Галактика

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ ЧТО ТАКОЕ ГАЛАКТИКА? СВОЙСТВА ГАЛАКТИК НАША ГАЛАКТИКА

Выполнили Ученики 11 «Б» класса Гимназии №56 г.Гомеля Белая Вероника Гербоносенко Антон

 

 

 

 

2012г. 
История открытия

 

Далекие туманные объекты - туманности были замечены астрономами еще в XVII веке. О знаменитой туманности Андромеды впервые упомянул современник Галилея С. Мариус в 1612 году. Французский астроном Ш. Месье, известный своими открытиями комет, чтобы наблюдатели не путали кометы с туманностями, составил первый список туманностей, содержащий около ста объектов. Но лишь в 20-х годах нашего века удалось установить, что такое туманности - это гигантские звездные системы, находящиеся далеко за пределами нашей Галактики - Млечного пути.

Постепенно астронавты выяснили, что эти системы сильно отличаются по форме и размерам друг от друга, и Хаббл составил знаменитую "камертонную диаграмму" - первую классификацию галактик, которая и по сегодняшний день широко используется в наблюдательной астрономии.

Все галактики Хаббл разбил на три основные вида: эллиптические, спиральные и неправильные. Составляя диаграмму, он полагал, что в ней отражен некий механизм эволюционных переходов от одного вида к другому. Это предположение впоследствии было отвергнуто. Что же касается очевидных различий в строении колоссальных звездных систем, то они связаны, по всей видимости, с условиями образования галактик.

Что такое галактика?

 

Солнце - одна из ста миллиардов звезд, образующих гигантскую звездную систему, Галактику, которая представляется нам на небе широкой полосой Млечного Пути. В Галактике различают плоскую подсистему, имеющую вид диска с утолщением посередине, и сферическую подсистему, в которую этот диск погружен.

В диске Галактики, кроме звезд, имеется еще межзвездный газ и космическая пыль, масса которых составляет несколько процентов массы звезд; в сферической подсистеме газа и пыли практически нет. Среди звезд диска имеется заметное количество молодых ярких звезд, тогда как в сферической подсистеме такие звезды почти полностью отсутствуют. Диск Галактики вращается, причем угловая скорость вращения разная на разных расстояниях от его центра.

У звезд сферической подсистемы, находящихся поблизости от Солнца, скорость общего регулярного вращения вокруг центра Галактики по крайней мере раз в пять меньше, чем у звезд диска. Звезды сферической подсистемы движутся по вытянутым орбитам. Значительная часть звезд диска Галактики входит в различного рода группы. Самые молодые звезды диска вместе с облаками газа и пыли располагается широкими полосами - спиральными рукавами, которые яркими широкими дугами выходят из центральной области Галактики. Распределение звезд в сферической подсистеме более или менее сферически - симметрично.

Звезды обеих подсистем Галактики сгущаются к центральной области - ее ядру, которое проявляет себя как источник повышенного радиоизлучения, а также инфракрасного, рентгеновского и гамма - излучения. Из ядра происходит, по-видимому, также истечение газа.

 

 

 

В последние годы выясняется, что Галактика обладает протяженной короной, простирающейся на расстояния, в десятки раз превышающие размеры диска и сферической подсистемы. Полная масса короны в несколько раз превышает суммарную массу всех звезд Галактики, но из-за больших размеров ее плотность невелика по сравнению с плотностью, создаваемой звездами и газопылевыми облаками. Корона проявляет себя тяготением, но не излучает света и в ней не обнаруживают ни звезд, ни облаков.

 

 

 

Во Вселенной имеется большое число других звездных систем, галактик, подобных нашей Галактике. Галактики, обладающие дисковой подсистемой со спиральным узором, называют спиральными.

Ближайшей к нам гигантской спиральной галактикой является Туманность Андромеды. Ее масса и светимость раза в два больше, чем у нашей Галактики.

Кроме спиральных, существуют эллиптические галактики, по своему строению и звездному населению подобные сферической подсистеме нашей Галактики. В них практически нет газопылевого вещества и молодых ярких звезд. Самые крупные эллиптические галактики имеют массу и светимость раз в десять больше, чем у нашей Галактики. Имеются и карликовые эллиптические галактики с массами и светимостями в десятки тысяч раз меньшими. Очень часто эллиптические галактики, особенно, самые массивные, имеют плотные ядра, которые по своим проявлениям обычно больше и активнее ядер спиральных галактик.

Еще один тип галактик - неправильные. Их массы и светимости в десятки раз меньше, чем у нашей Галактики. Звездный состав подобен населению дисков спиральных галактик. Но эти звезды, а также и значительные массы газопылевого вещества, не образуют регулярной структуры и не обладают выраженным общим вращением. Кроме ярких молодых звезд, в неправильных галактиках имеются еще и звезды старые, менее яркие, подобные звездам сферической подсистемы Галактики, также образующие общий сферический остов.

Эти три типа галактик были впервые обнаружены и изучены Э. Хабблом и другими астрономами в двадцатые-тридцатые годы нашего века. С тех пор стали известны и галактики иных типов, не всегда укладывающиеся в первоначальную классификацию.

Большая часть галактик входит в те или иные группы или скопления, насчитывающие от десятков до тысяч членов. Как обнаружено в последние годы, многие богатые скопления галактик содержат значительное количество горячего газа проявляющего себя рентгеновским излучением. Температура газа достигает ста миллионов Кельвина, и он находится в состоянии плазмы, то есть в состоянии ионизации, при котором электроны оторваны от ядер. Масса горячего газа в скоплениях сравнима с суммарной массой галактик.

Скопления и группы галактик распределены в пространстве не вполне случайным образом. Местная группа галактик, в которую входит наша Галактика, галактика Андромеды и еще три десятка менее крупных объектов, образует вместе с двумя-тремя другими близкими группами галактик систему, называемую местным Сверхскоплением.

На крупномасштабной карте неба, на которой галактики выглядят просто точками, скопления галактик часто представляются собранными в протяженные цепочки, - вероятно, сверхскопления. Цепочки соединяются и пересекаются, складываясь в сетчатую или ячеистую структуру.

Иерархия космических структур обрывается на скоплениях и сверхскоплениях. Более крупных образований в Метагалактике нет.

То обстоятельство, что число галактик и плотность вещества оказываются одинаковыми в достаточно больших объемах, где бы эти области ни находились, означает, что Вселенная, рассматриваемая в большом масштабе, является в среднем однородной. Это одно из фундаментальных свойств окружающего нас мира.

Свойства галактик

 

Сегодня нам хорошо известно, что эллиптические образования во Вселенной не туманности, а звездные системы. Вопрос эволюции уже образовавшихся звездных систем - галактик, заставляет нас обратить внимание и на их вращение, взаимодействие друг с другом, причин морфологических различий и т.д.

Одним из достаточно сложных и интересных вопросов является проблема очень широкого диапазона масс галактик. Для объяснения этой проблемы можно предположить, что определенную роль в образовании галактик играла не только газовая орлагментация, но и слияние первичных галактик.

В процессе слияния двух галактик поначалу образуется объем совершенно неправильной формы. Но затем эти неправильности сглаживаются, и в результате образуется массивная галактика эллиптической формы. Процесс этот занимает несколько сотен миллионов лет.

В скоплениях галактик присутствует такой сверхгигантский компонент - галактика-монстр. Их радиус достигает миллиона световых лет, а светимость в 100 раз может превышать светимость нашей Галактики. Такие галактики сначала лишь ненамного превышают другие, но по мере движения по спиральной траектории к центру скопления эта галактика заглатывает более мелкие системы. Конечно, подобные процессы наблюдаются не в каждом скоплении галактик. Иногда взаимодействие галактик может иметь характер лобового столкновения. При таком столкновении центральные области одной из галактик могут быть выброшены наружу. В результате образуется кольцевая структура, представляющая собой неустойчивую, короткоживущую систему.

Не только динамика взаимодействия галактик заставляет вспомнить общее космологическое расширение. Существует еще одно немаловажное обстоятельство, связанное со строением галактик, которое может повлиять на характер расширения Вселенной.

В спиральных галактиках звезды, находящиеся в диске, обращаются вокруг общего центра масс. Движение звезд, газа и пыли, как и движение планет в Солнечной системе определяется законом всемирного тяготения.

Если масса сосредоточена в центре, то изменение скорости происходит по закону Кеплера. Обычно в галактиках максимум яркости приходится на центр, а к периферии яркость быстро падает. Астрономы предполагали, что орбитальная скорость звезд должна меняться по закону Кеплера, то есть уменьшаться с увеличением расстояния от центра Галактики. В последнее время выполнены тщательные наблюдения вращающихся дисков спиральных галактик. Эти наблюдения принесли сенсационные результаты. Оказалось, что в удаленных от центра галактик районах скорость вращения не уменьшается по мере увеличения радиуса. Более того, в ряде случаев она увеличивается.

В галактиках есть невидимая масса, корректирующая скорость орбитальных движений. Невидимая масса вполне может остановить расширение Вселенной. После наблюдений, оказалось, что наличие невидимой массы - повсеместное явление.

Наша Галактика

 

Гигантская спиральная система, называемая Млечным Путем входит в местную систему и является одной из самых больших галактик системы. В мире галактик наш Млечный Путь занимает отнюдь не последнее место. Это гигантская галактика с диаметром диска около 100 тыс. световых лет и толщиной около 30 тыс. световых лет. Масса видимого вещества в Галактике оценивается в 1,5 * 10¹¹ солнечных масс. Но, несмотря на впечатляющую величину массы Млечного Пути, еще большая масса невидимого вещества содержится в короне Галактики. Эта масса оценивается примерно в 10¹² масс Солнца. В Галактике звезды рождаются из массивных газопылевых облаков. Сами звезды снова производят газ и пыль, которые поставляются ими в межзвездную среду. Процесс рождения звезд зависит и от космических лучей, а космические лучи, в свою очередь, производятся сверхновыми. Что собой представляют космические лучи? Это заряженные частицы очень высоких энергий. Они приходят на Землю в достаточной мере изотропно, то есть примерно в одинаковых количествах со всех направлений. Они путешествуют в Галактике около десяти миллионов лет. Составными частями нашей Галактики являются космические лучи и магнитные поля. Чрезвычайно важной компонентой Галактики является межзвездная среда. В основном это газ и пыль. Газ - межзвездный водород. Он сконцентрирован в тонком диске, образованном молодыми звездами, и образует отдельные облака. Некоторое количество газа обнаружено вне диска. Водород может присутствовать как в атомарной, так и молекулярной форме. Гигантские молекулярные облака содержат в форме молекулярного водорода значительную часть массы межзвездного газа в Галактике. Их характерный размер составляет 20-30 парсек. Его масса в сотни тысяч раз превышает массу Солнца. Таким образом, гигантские облака молекулярного водорода являются наиболее массивными изолированными объектами в Галактике.

Массу проблем ставит перед астрономами и центр Галактики. Положение осложняется тем, что центральная область Млечного Пути скрыта от нас вторым важным компонентом межзвездной среды - пылью.

Центры галактик проявляют различные формы активности, и наша Галактика не является исключением. Центральные области Галактики можно подразделить на три характерные зоны. В зоне, имеющей радиус около 4 килопарсек, наиболее интересно резкое падение плотности газа. Образуется своего рода "дырка" в газовом диске Галактики. На расстоянии от центра 600-700 парсек проходит "граница" очень интересного района, который принято называть звездным балджем (от англ. bulge - выпуклость). Эта область и по "форме" и по "содержанию" напоминает небольшую эллиптическую галактику, вкрапленную в центр Млечного Пути. Так же как эллиптическая галактика, балдж содержит в основном старые звезды, возраст которых больше среднего возраста звездного населения диска.

Наиболее загадочная область Галактики - центральный парсек. По космическим масштабам эта область невелика, но здесь наблюдаются аномалии, не имеющие пока удовлетворительного объяснения. К примеру, там находится "мини-спираль" - необычный источник радиоизлучения диаметром всего в 12 световых лет, а так же другой быстропеременный компактный радиоисточник с периодом порядка несколько минут. Этот источник расположен точно на оси вращения. В том же направлении находится совершенно необыкновенный объект, уникальный источник, излучающий узкую линию, соответствующую ассимиляции электронов и позитронов! Там же расположен точечный рентгеновский источник переменной интенсивности. Объяснить наличие всех этих источников в сравнительно маленькой области пространства можно с помощью черных дыр.

По модели Н. Кардашева, в центре Галактики должна находиться пара черных дыр. Наличие такой пары дает возможность объяснить природу и параметры компактного радиоисточника и загадочной ассимиляционной линии. Это объясняется наличием облака атомарного водорода. Такие облака были выброшены из области центрального парсека благодаря эффекту пращи. Остатки после взрыва сверхновой в массивной двойной системе (центральный парсек) так же могут служить источником позитронов, ассимиляция которых и дает наблюдаемую линию.

Наша Галактика вращается довольно сложным образом. Значительная часть материи Галактики вращается дифференциально. Хорошим примером дифференциального вращения служит вращение планет вокруг Солнца. Они движутся по своим орбитам согласно закону всемирного тяготения, и каждой планете"совершенно безразлично", как и по какой орбите двигается другая.

Есть и другой тип вращения - твердотельный. В Галактике твердотельно вращается лишь некоторый участок диска, в котором линейная скорость возрастает пропорционально радиусу.