Будова галактик

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Зміст
Введення
Глава I. АКМ. Галактики
1.1. Класифікація галактик
1.2. Спіральні рукави галактик
Глава II. Квазари. Місцева група галактик
2.1 Квазари
2.2 Місцева група галактик
Глава III. Наша Галактика - Чумацький Шлях
Глава IV. Магнітні поля. Схилення
4.1 Магнітні поля галактик
4.2 Схилення. Закон Хаббла
Глава V. Великомасштабна структура Всесвіту
Висновок
Список літератури

Введення
У ХХ столітті в астрономії відбулися радикальні зміни. Починаючи з 20-30-х рр.. в якості теоретичної основи астрономічного пізнання стали виступати (поряд з класичною механікою) релятивістська і квантова механіка. Емпіричний базис астрономії став всехвильовий (радіо-, інфрачервоний, оптичний, ультрафіолетовий, рентгенівський і гамма-діапазони). Загальна теорія відносності дала можливість модельного теоретичного опису явищ космологічного масштабу. Створення квантової механіки стало імпульсом розвитку астрофізики і космогонічного аспекту астрономії (з'ясування джерел енергії і механізмів еволюції зірок, зоряних систем і ін); забезпечило переорієнтацію завдань астрономії з вивчення механічних рухів космічних тіл (під впливом гравітаційного поля) на вивчення їх фізичних і хімічних характеристик . Висування астрофізичних проблем на перший план супроводжувалося інтенсивним розвитком таких галузей астрономічної науки, як зоряна і позагалактична астрономія. З'явилася можливість безпосереднього дослідження за допомогою космічних апаратів і спостережень космонавтів навколоземного космічного простору, Місяця і планет Сонячної системи. Все це призвело до значного розширення спостерігається області Всесвіту і відкриття цілого ряду незвичайних явищ:
* Виявлення в кінці 40-х років існування «зоряних асоціацій», що представляють собою групи розпадаються після свого народження зірок;
* Виявлення в 50-х рр.. явищ розпаду скупчень і груп галактик;
* Відкриття в 60-і рр.. квазарів, радіогалактик, вибуховою активності ядер галактик з колосальним енерговиділенням (близько 1060 ерг);
* Виявлення нестаціонарних явищ в надрах зірок і нестаціонарних явищ у сонячній системі;
* Виявлення «реліктового» випромінювання (теорія «гарячої» Всесвіту), «рентгенівських зірок», пульсарів;
* Ймовірне відкриття «чорних дір" і ін
Спроби пояснити ці та інші новітні відкриття зіткнулися з рядом труднощів (необхідність удосконалення теоретико-методологічного інструментарію сучасної астрономії). Виділяються нові галузі теоретичної та спостережної астрономії, виникають прикладні галузі астрономії (успіхи космічної техніки). Зростає роль загальнотеоретичних інтеграційних принципів, понять, установок, які формуються під впливом математики, фізики, інших природних і навіть гуманітарних наук.
У другій половині ХХ століття астрономія вступила в період наукової революції, яка змінила спосіб астрономічного пізнання (радикальна зміна методологічних установок астрономічного пізнання і астрономічної картини світу, а потім методологічні установки некласичної астрономії).
Світ галактик став інтенсивно вивчатися з 1920 р ., Коли шведський астроном К. Лундмарк розклав на зірки периферійну частину спіральної туманності в сузір'ї Трикутника. Незабаром американський астроном Е. Хаббл, який працював на найбільшому в той час телескопі з дзеркалом діаметром 2,5 м ., Встановив зоряну природу спіральних рукавів туманності Андромеди і кількох слабших галактик неправильної форми. Це поклало початок розвитку нової галузі астрономічної науки - позагалактичної астрономії.
У розумінні астрономічної картини світу важливою метою є вивчення світу галактик. З цією ж метою написана дана робота, у якій розглянуті і викладені наступні питання і завдання:
1) класифікація галактик, їх будова і вік;
2) спіральні рукави;
3) місцева група галактик, в тому числі і Чумацький Шлях;
4) галактики з активними ядрами і квазари;
5) магнітні поля галактик;
6) червоне зміщення і закон Хаббла;
7) розподіл галактик у Всесвіті.

Глава I. АКМ. Галактики
Після винаходу телескопа увагу спостерігачів привернули численні світлі плями туманного виду, видимі в різних сузір'ях незмінно в одних і тих же місцях. За допомогою сильних телескопів В. Гершель і його син Джон відкрили безліч таких туманних плям, а до кінця XIX століття було виявлено, що деякі з них мають спіральну форму. Але довго залишалося загадкою, що представляють собою ці туманності. Тільки в 20-ті роки ХХ століття за допомогою найбільших у той час телескопів вдалося розкласти туманності на зірки. Галактики - це гігантські зоряні системи (до 1013 зірок). 6-ти метровий телескоп дозволяє сфотографувати мільярди галактик. Видимий нами область Всесвіту - це такі галактики, якими вони були в далекому минулому. Наприклад, світло від найближчої до нас галактики Андромеди, яку в змозі побачити людина з хорошим зором у вигляді розмитої плями в сузір'ї, - досягає Землі через 1,5 млн. років. Відстань до найдальших з спостерігаються в даний час галактик - понад 10 млрд. світлових років (у 2000 р . виявлений квазар на відстані 24 млрд. світлових років від Землі). Більшість галактик входить до групи, в скупчення галактик і в сверхскопленія. Спостерігаються і поодинокі галактики. Є галактики-карлики в кілька десятків світлових років і галактики-велетні з поперечником до 18 млн. світлових років.
1.1 Класифікація галактик
Різноманітні форми галактик.
Більшість галактик відносять до декількох основних типів (за характерними зовнішніми ознаками, а дрібні відмінності галактик допомагають підрозділити ці типи на окремі підтипи).
1. Еліптичні - кругла або еліптична форма (позначаються Е, 25% від загального числа галактик) - найбільш прості галактики, що не містять гарячих зірок надгігантів, пилу і газових туманностей, нема ядра. Найяскравіші зірки - червоні гіганти, зірки рухаються в довільних напрямках з високими швидкостями. Діляться на 8 підтипів: від сферичних систем Е0 до чечевицеподібних Е7 (цифра вказує ступінь стиснення).
2. Спіральні (S, 50%). Мають два або більше спіральні рукави, що утворюють плоский диск, в центральній області - сфероїдальні здуття (балдж), в якому знаходиться ядро ​​галактики. Багаті яскравими газовими туманностями, оточуючими гарячі зірки-надгіганти; хмарами темної газово-пилової матерії.
Діляться на:
а) звичайні спіральні галактики (S) - гілки виходять з ядра;
б) пересічені (SB) - ядро ​​перетнуте широкої, яскравою смугою (перемичка, бар), від кінців бару закручуються спіральні рукави.
Спіральні галактики поділяються на підтипи Sa, Sab, Sb, Sc, SBa і т.д. за відносними розмірами ядра і диска (розміри ядра убувають від Sa до Sc). Деякі спіральні системи видно в профіль як товста або тонка веретено, яке вони перетнули смугою темного речовини, що поглинає світло. Наша галактика також є спіральної (Sb). Спіральні галактики оточені сфероїдальної зоряної короною, в якій міститься значна частина маси галактик.
3. Лінзоподібні, проміжні галактики (S0, 20%, передбачені, а потім знайдені). Яскравість від центру до краю падає сходинками. Розрізняють ядро, «лінзу» і слабкий «ореол». Іноді в зовнішніх частинах лінзи видно зачатки спіральних рукавів, перемички і зовнішнє світле кільце.
4. Неправильні (Ir, 5%). Мають неправильну форму і клочковатое будова, яскравість і світність невеликі; рясніють гарячими надгігантами, газовими туманностями (Магелланові Хмари), пилом, взаємодіючими галактиками; більшість з них - карлики.
Діляться на підтипи:
а) Ці зоряні системи (Магелланові Хмари) - граничний випадок спіральних галактик, надзвичайно плоскі, відсутня ядро, осьове обертання;
б) За кольором і плавному зміни яскравості до країв подібні з еліптичними, а за спектром - зі спіральними системами (М 82). Але немає типових зірок-надгігантів і яскравих газових туманностей. Хмари газу рухаються зі швидкостями більше тисячі км / с на всі боки;
в) пекулярні. Кожна з галактик має свою унікальну форму. Зазвичай подвійні галактики, між якими спостерігаються перемички, хвости, містки світлої та темної матерії і т. д. - ознаки взаємного впливу близько розташованих галактик. Серед них у спеціальний клас виділені взаємодіючі галактики.
За морфологічними властивостями галактики з нестаціонарними ядрами відрізняються від нормальних галактик генерацією потужного рентгенівського, УФ-, ІЧ-і радіовипромінювання, викидами радіовипромінювальних плазми, прискоренням газових хмар і т. д.
Прийнято поділяти на чотири основних типи:
1. Сейфертовських галактики (К. Сейферт, 1943 р., США). В більшості своїй - спіральні галактики з яскравими ядрами. Вони утворюють найбільш численний клас нестаціонарних галактик. Характерною властивістю є присутність в їх оптичних спектрах широких емісійних ліній (газ рухається з великими швидкостями). До 1983 р . виявлено близько 200 таких галактик (»1%.). Це, як правило, спіральні галактики типів Sa і Sb (»70%) Вони часто входять до складу кулю і груп галактик, але уникають областей, зайнятих багатими скупченнями. (Ці особливості притаманні всім галактик з УФ - надлишком). Більшість з них розгорнуті до нас навзнаки, є кілька випадків яскравих сейфертовських галактик, розташованих на нас ребром (мабуть, ядра мають анізотропією випромінювання). Ядра сейфертовських галактик - одні з найбільш потужних джерел нетеплового випромінювання. Їх радіовипромінювання в тисячі разів слабкіше, ніж випромінювання радіогалактик. Ядро Нашої Галактики виявляє ознаки активності і не виключено, що його за основними параметрами можна віднести до ядер слабких сейфертовських галактик.
2. Радіогалактики володіють потужним електромагнітним випромінюванням в радіодіапазоні, більшість з них - еліптичні галактики. До них можна віднести радіоджерел з потужністю радіовипромінювання, характерного для масивних еліптичних галактик. Радіогалактики ділять додатково на кілька типів (D-галактики, Е-галактики, N-галактики та інші). Еліптичні Е-галактики бідні міжзоряним газом. У радіогалактика є два випромінюючих хмари (компоненту), що розташовуються більш-менш симетрично відносно галактики, яку видно в оптичних променях. Радіоджерел утворюються в результаті виділення енергії в ядрі галактики. Важливу роль відіграє біполярний характер магнітного поля ядра галактики, з магнітних полюсів якого вздовж силових ліній поля випливають струменя релятивістської плазми, що розширюються з часом, відстань між ними збільшується. У деяких радіогалактик виявлені великомасштабні гостронаправлених струменя викинутого з ядер речовини. Найближчі радіогалактики (Кентавр А, Діва А, Персей А та ін) є найяскравішими членами скупчень галактик. Найбільш повно вивчені радіогалактики:
* Лебідь А (Е-типу, DB-радіогалактика, по червоному зсуву відстань близько 200 Мпк, 16-а зоряна величина, в центрі - газово-пиловий шар);
* Кентавр А (найближча радіогалактика, містить протяжний радіоджерело, стару, сильно розширилася подвійну структуру, в центрі - компактна подвійна радіоструктура, в ядрі - компактний радіоджерело);
* Діва А (Е-типу, тип СD, з одного боку від ядра викид речовини, з іншого - розташований другий компонент радіовипромінювання, має протяжний радіоджерело відносно низькою поверхневої яскравості, ймовірно типу рухається через щільну міжгалактичну середу скупчення галактик в Діві).
3. Лацертід - нечисленна група галактик з активними ядрами, їх основна ознака - змінність блиску, відносяться до позагалактичних об'єктів. Характеризуються оптичної змінністю з великою амплітудою, змінним радіовипромінюванням і помітною поляризацією випромінювання. Вона має вигляд звездоподобних об'єктів, оточених туманними оболонками, схожими на квазари. У їх оптичних спектрах немає емісійних ліній, по яких можна було б виміряти червоне зміщення і тим самим відстань до об'єкта. Спектр слабкою туманною оболонки навколо яскравого ядра містить лінії поглинання (вони типові для зіркового компонента віддаленої галактики), і тим самим відповідає спектрами звичайних еліптичних галактик. У ядрах лацертід відсутня газова оболонка. Випромінювання лацертід - це випромінювання, що йде з самих внутрішніх частин центрального джерела. Характерні часом змінні випромінювання дозволяють оцінити розмір радіовипромінювальних області лацертід. Можливо, лацертід - далеко проеволюціонувати масивні ядра гігантських масивних еліптичних галактик.
4. Квазари - точкові джерела випромінювання, як і лацертід. У близьких квазарів виявлені слабкі туманні оболонки, спектри яких дозволяють вважати квазари ядрами далеких галактик.
У центрах галактик звичайно зосереджена величезна кількість речовини (до 10% всієї маси). Тут відбуваються викиди більшості кількості речовини, що призводить до інтенсивного руху від центру хмар водню. В окремих галактиках ядро ​​може представляти собою чорну діру.
Сучасна астрофізика розглядає чорні діри як реальні космічні об'єкти, що виникають в результаті гравітаційного колапсу важких зірок і часто присутні в центрах галактик.
Найбільш чітко вони виділяються у спіральних галактиках. Ядро нашої Галактики має масу порядку декілька мільйонів маси Сонця, воно оточене газовими хмарами, що поширюються на відстань до 150 пк від центру. Розмір самого ядра менше 10 пк, а його центральної частини ~ 10-4пк. Деякі галактики (Магелланові Хмари) взагалі не мають ядро. У деяких галактик в ядрах виявлені потужні області іонізованого газу і гарячі зірки («пекулярні ядра»). Для таких галактик характерні яскраві емісійні лінії в спектрах і потужне безперервне УФ - випромінювання («галактики Маркаряна»). В окремих випадках процеси, що протікають в ядрах, не можуть бути пояснені властивостями тільки сконцентрованих в них зірок і газу. Такі галактики з активними (нестаціонарними) ядрами, складовими за чисельністю близько 1% нормальних галактик (з неактивними ядрами). За морфологічними властивостями галактики з нестаціонарними ядрами істотно відрізняються від нормальних галактик. З ядер галактик відбувається безперервне витікання водню. Водень є найпростішим «цеглинкою», з якого в надрах зірок утворюються в процесі атомних реакцій складніші атоми. Наше Сонце, як звичайна зірка, виробляє тільки гелій з водню (який дають ядра галактик), дуже масивні зірки виробляють вуглець - головний «цеглинка» живого речовини.
Для близьких у нас систем іноді вдається підрахувати яскраві зірки і по них оцінити масу всієї системи. Залежність функції світності зірок дозволяє визначити маси зоряних систем, які мають подібні форми і зірковий склад. Оцінки мас галактик за останнім методом виходять меншими, ніж по обертанню галактик («парадокс прихованої маси»).
Визначення зоряної маси.
1. Спостереження швидкостей обертання периферійних, проміжних і центральних частин спіральних галактик (спіральні галактики обертаються навколо своєї осі не як твердий однорідний за масою диск, а диференційно - за законом, який залежить від розподілу маси).
2. У еліптичних галактик масу оцінюють з розширення ліній у їхніх спектрах, яке викликається рухом зірок: чим більше швидкості зірок, тим більше маса галактик і ширше лінії в її спектрі. За потужністю випромінювання галактики можна підрозділити на декілька класів світності.
Питання про утворення і будову галактик вивчає не тільки космологія, але і космогонія (розрізняють планетну, зоряну, галактичну космогонію).
На ранній стадії розвитку Всесвіт була заповнена розрідженим газом, який розпався потім на згущення, а згущення в наступному - на окремі хмари. Одні з хмар мали обертальний момент і центральне згущення, з них згодом утворилися спіральні галактики, а інші практично не оберталися, вони поклали початок еліптичним галактик, хмари ж без значного центрального згущення, але все ж володіли обертальним моментом, дали початок неправильним галактик. У масивних галактиках еволюція йде швидше. Галактики з великим обертальним моментом розвинулися в тип Sc, з середнім - в тип Sb, а з невеликою - Sa. Чим масивніше галактика, тим сильніше тяжіння стискає спіральні рукави, тому у масивних галактик рукави тонкі, у них більше зірок і менше газу. Весь газ в еліптичних системах з самого початку перетворився на зірки сферичної підсистеми.
Порівнюючи кількість зірок різних поколінь у більшості однотипних галактик можна встановити можливі шляхи їх еволюції. У більш старих галактик спостерігається виснаження запасів міжзоряного газу і зниження у зв'язку з цим темпів утворення зірок нових поколінь. Зате в них багато білих карликів, що представляють собою одну з останніх стадій еволюції зірок. У цьому і полягає старіння галактик. Слід зазначити, що на початку еволюції галактики мали вищу світність, так як у них було більше масивних молодих зірок.
1.2 Спіральні рукави галактик
Спіральні гілки мають складний малюнок, динамічну форму і різноманіття структур при єдності головних рис. Випромінювання від спіральних гілок становить більшу частину випромінювання всієї спіральної галактики і визначає загальний вигляд зоряної системи. Для з'ясування сутності явища спіральних гілок необхідно визначити механізм їх утворення. Великомасштабна спіральна структура Нашої Галактики чітко виявляється по далеких пульсара, спіральні гілки, що визначаються за просторовому положенню пульсарів, добре відповідають гілкам, знайденим по положенню зон Н 11. Мабуть, в гілках знаходяться в основному найбільш яскраві і тому найбільш молоді (у середньому) пульсари. У той же час близькі до Сонця пульсари, серед яких більшість має низьку радіосветімость, не виявляють зв'язку зі спіральними рукавами.
Гілки містять малу частину всіх зірок галактики, але в них зосереджені майже всі гарячі зірки високої світності. Зірки цього типу відносяться до молодих, тому спіральні гілки можна вважати місцем утворення зірок. Крім молодих зірок в рукавах зосереджена велика частина міжзоряного газу галактики, з якого й утворюються зірки. За характером спіральних гілок спіральні галактики поділяються на класи. В одних гілки тонкі і туго навиті, а інших - вони більш розмиті і круто віддаляються від центральної області. Одна з поширених класифікацій спіральних галактик належить французькому астроному Ж. Вокулера.
Газ в спіральних гілках складається в основному з водню і часто утворює щільні дифузні туманності, службовці орієнтиром при визначенні виду спіральних гілок. Ще однією ознакою гілок є розсіяна в газі міжзоряне пил, що виявляється по виробленому нею поглинання. Вона видно як тонка темна смуга по внутрішньому (ближче до центру галактики) краю спіральної гілки. Крім того, в рукавах спостерігаються тонкі смужки, які перетинають рукави і окремі темні маси. Концентрація зірок, що утворюють галактичний диск, теж збільшується в гіллі. Зірки, газ та інші об'єкти галактичного диска рухаються по орбітах, близьким до кругового.
Спіральні гілки можуть бути хвилями щільності. Хвилі розповсюджуються по зоряному населенню. А газ реагує на обурення гравітаційного потенціалу, пов'язаного з хвилями, що біжать по системі зірок, тобто його рух у гравітаційному полі рукавів є несамосогласованним. При протіканні міжзоряного газу через спіральні рукави в ньому можуть відбуватися свого роду фазові переходи з утворенням хмарної структури.
Можливо, Сонце в Галактиці знаходиться у винятковому становищі. Оскільки галактичний диск обертається диференційно, а спіральні рукави - твердотільний, в Нашій Галактиці повинна існувати окружність, на якій кутові швидкості диска і хвилі щільності рівні.

Глава II. Квазари. Місцева група галактик
2.1 Квазари
У 1963 році були відкриті квазари - найпотужніші джерела радіовипромінювання у Всесвіті зі світністю в сотні разів більшою світності галактик і розмірами в десятки разів меншими їх. Можливо, що квазари є нестаціонарні ядра нових галактик, і процес освіти галактик продовжується і понині. Квазари мають зіркоподібний вигляд. Для квазарів характерно внетепловое випромінювання, широкі емісійні лінії із значним червоним зміщенням. Відомо виміряних більше 1500 квазарів, більше оптичних, ніж радіоквазаров. Близько кількох близьких квазарів виявлені слабкі туманності, що складаються із зірок. За світності вони примикають до сейфертовських галактик, мають змінністю випромінювання та викидами речовини з величезними швидкостями. Поглинаючої середовищем можуть бути корони галактик або окремі хмари холодного газу в міжгалактичному просторі. При невеликих розмірах (не більше 1 світлового місяця) середній квазар випромінює вдвічі більше енергії, ніж вся наша Галактика, що має в поперечнику розмір у 100 тисяч світлових років і складається з 200 млрд. зірок. У 2000 р . американські астрономи виявили квазар на відстані 24 млрд. світлових років від Землі (час, що минув з моменту Великого Вибуху до цих пір вважалося 13,9 млрд. років). І, на перший погляд, абсолютно незрозуміло, як за цей час квазар міг «полетіти» настільки далеко - адже тоді він повинен був рухатися майже в два рази швидше світла. А сверхсветовие руху матеріальних об'єктів заборонені теорією відносності. Відстань до цього квазара розрахували по червоному зсуву спектру випромінювання. Величезне відстань до квазара отримало пояснення в рамках теорії «гарячої всесвіту»: у перші миті після Великого Вибуху настала стадія інфляції, коли Всесвіт виявилася розбита на безліч ізольованих областей. Кожна область розширювалася зі швидкістю, близькою до швидкості світла, а всесвіт цілком - зі швидкістю, у млн. разів перевищує її. Суперечності з теорією відносності в цьому немає. Теорія накладає обмеження на швидкість руху матерії, а під час інфляції «роздувалося» сам простір. Відкриття цього квазара майже в два рази розширило межі видимої частини всесвіту і послужило доказом справедливості сучасних космологічних уявлень.
2.2 Місцева група галактик
Найбільш досліджена Місцева група галактик. У неї входять 14 карликових еліптичних галактик, кілька позагалактичних кульових скупчень і ряд неправильних галактик. Нещодавно відкрита нова галактика Снікерс на відстані всього 55 світлових років. До родини Туманності Андромеди відноситься 1 галактика і 2 еліптичні і кілька карликових галактик. Сусідні групи галактик розташовуються в 2-5 Мпк від Місцевої групи і за складом схожі на неї.
Кілька десятків таких груп галактик знайдено в межах 10-20 Мпк біля нашої Галактики. Найближче скупчення галактик знаходиться в сузір'ї Діви на відстані близько 20 Мпк (у його складі 7 еліптичних галактик, в т.ч. радіогалактика, 10 спіральних галактик. Всього в скупчення входить близько 200 галактик високої і середньої світності (1 / 3 - еліптичні і лінзоподібні , решта - спіральні галактики). Розміри скупчення становлять »5 Мпк, центральна щільність - близько 500 галактик на 1 Мпк3.
Яскравими галактиками в скупченнях є зазвичай лінзоподібні надгіганти системи (CD-галактики). Скупчення в Діві - центральне згущення Надскупчення галактик. Яскраві галактики розташовані по небу не безладно, а поясом, який називають Чумацьким Шляхом (1 / 3 - еліптичні і лінзоподібні). В інших галактиках переважають еліптичні галактики.

Сусідні з місцевою групою галактик 10-13-ї величини обертаються навколо скупчення в Діві. Загальне число галактик нашого сверхскопленія, виключаючи карликові, - близько 20 000. Його сусідами є сверхскопленія у Львові (на відстані 140 Мпк) і в Геркулесові (190 Мпк). Всього виявлено поки близько 50 сверхскоплений.



Глава III. Наша Галактика - Чумацький Шлях
Наша Галактика - це гігантська зоряна система з 200 млрд. зірок (серед них і Сонце), газу і пилу. Галактика пронизана магнітними полями, заповнена частинками високих енергій - космічними променями. За формою зірки Галактики утворює в просторі складну фігуру, яка виглядає як плоский диск з кулястим потовщенням (балдж) в центрі. Від центральної області до периферії диска відходять спіральні рукави, в яких переважно концентруються найбільш яскраві зірки Галактики. Нашу Галактику відносять до поширеній класу спіральних галактик.

Наша Галактика складається з ядра і кількох спіральних гілок. Велика частина зірок зосереджена в гігантському «диску». Діаметр Галактики близько 100 000 світлових років (»30 кпк), товщина її <в 10 - 15 разів, а маса Галактики 2 ∙ 1011 мас Сонця. Близько 1% цієї маси складає міжзоряний водень, переважно нейтральний. Вік Галактики близько 15 млрд. років. (За іншими даними: вік Нашої Галактики визначається по синтезу елементів і складає 9-11 млрд. років.)

Земний спостерігач бачить диск «з ребра», і величезна кількість віддалених зірок зливається для спостерігача в одну розмиту світиться смугу, що перетинає нічне небо - Чумацький Шлях. Сонячна система знаходиться в Нашій на відстані близько 30 тис. світлових років від центру, лежить у площині його симетрії. І звертається навколо центру зі v »220 км / с, робить один оборот навколо центру галактики за 250 млн. світлових років (галактичний рік). Центр нашої Галактики лежить у напрямі на сузір'я Стрільця. Наша Галактика обертається навколо центру Місцевої системи галактик (»на 2 / 3 шляху між нашою Галактикою і Туманністю Андромеди, на відстані 0,46 Мпк від Нашої Галактики).


Велика частина маси Галактики знаходиться в короні (протяжної сфероїдальної області за межами гало). Зірковий склад Нашої Галактики різноманітний за віком, хімічному складу, характеру орбіт і швидкостей, просторового розташування. У галактиці чітко виділяються зоряні підсистеми. Діапазон віків зірок дуже великий. Хімічний склад речовини галактики змінювався протягом її еволюції. Зірок з первинним хімічним складом (з водню і гелію) не виявлено. У галактиці (за винятком її центру) окремі зірки практично не взаємодіють один з одним. Зірки Галактики по-різному розподілені в просторі: старі зірки заповнюють сферичний V з r »20 кпк (концентрація зростає до центру); молоді (близько 100 тис. років) концентруються в гігантський тонкий диск товщиною, в десятки разів меншою його радіуса. Деякі зірки народжуються і в даний час. Більшість зірок має «середній» вік - кілька млрд. років.
Окрім диска і гало є ще корона Галактики, природа населення якої не встановлена. Окремо розглядають центральну область Галактики - балджа і знаходиться в ньому ядро. У ядрі є нейтральний водень, що розтікається звідти в площині Галактики зі v »50 км / с. Створюють випромінювання ядра помаранчеві зірки-гіганти. У центрі ядра знаходиться згущення зірок з малим, але компактним і сильним радіоджерел (Стрілець А). Можливо, що він є чорною дірою (масою рівною приблизно мільйону сонячних мас).
До населення диска відносяться зірки головної послідовності з нормальним вмістом важких елементів, зірки-гіганти, білі карлики, планетарні туманності та ін Більш молоде населення диска виділяють в плоску підсистему. Це ОВ-зірки та їхні асоціації, міжзоряні газ і пил, надгіганти і цефеїди, зони іонізованого водню, пульсари, багато галактичні джерела гамма-і рентгенівського випромінювання. Населення гало включає кулясті скупчення (у яких є джерела рентгенівського випромінювання), субкарлики, змінні зорі типу RR Ліри з дефіцитом важких елементів. Гало відрізняється слабким обертанням і великою дисперсією швидкостей. Первісне (дозвездное) речовина Нашої Галактики містило за масою близько 75% водню і 25% гелію. Галактика сформувалася з повільно обертається воднево-гелієвого газової хмари, початкові розміри якого в десятки разів переважали сучасні розміри галактики. Характерне час стадії вільного стиснення під дією власної гравітації, коли народжувалося населення гало, складає »1 млрд. років. У результаті сформувався тонкий газовий диск. Паралельно йде збагачення міжзоряного середовища важкими елементами. Зірки диска утворюються з речовини, що брав участь в термоядерних реакціях в надрах зірок і збагаченого важкими елементами, тому вони багатші важкими елементами, ніж утворилися раніше зірки гало. З тієї ж причини молоде населення диска містить більше важких елементів, ніж старе. Зореутворення зупиняється на кілька млрд. років, чим можна пояснити розрив між віками зірочок гало і диска. У плоскій підсистемі Нашої Галактики знаходиться велика кількість газу і пилу (добре видиме роздвоєння Чумацького Шляху в північній частині неба), що поглинають світло численних далеких зірок.
В околиці Сонця існують три області концентрації молодих об'єктів: в одній - Сонце (рукав Оріона). Друга - гілка Персея (на відстані близько 1,5 кпк від Сонця). Третя - гілка Стрільця (на відстані близько 1.2 кпк). Рукав Оріона - це невелике відгалуження від спірального рукава. У Нашій Галактиці центральна область прихована від нас потужним шаром пилу, що ослаблює світло в десятки тисяч разів. У самому центрі Нашої Галактики, в межах 1 пк, знаходяться дискретні джерела радіо-, ІЧ-та рентгенівські випромінювання. У центрі Галактики зазвичай виділяють три області. Перша область цікава особливостями кінематики і розподілу газу. Друга область включає в себе зоряний балджа і околоядерного газовий диск. Третя область - ядро ​​з радіусом у кілька пк. Не виключено, що розподіл речовин в центрі галактики асиметрично. У нашої Галактики може бути перемичка. Великий інтерес представляє хімічний склад ядра Галактики. Зоряна щільність ядра висока. Температура зон у ядрі Галактики вище, ніж зон у спіральних рукавах (це говорить про відсутність підвищеного вмісту важких елементів у ядрі Галактики).

Глава IV. Магнітні поля. Схилення
4.1 Магнітні поля галактик
У 1949 р . астрономи прийшли до висновку, що в міжзоряному просторі існують магнітні поля. Магнітне поле повинно заповнювати всю Нашу Галактику. У присутності магнітного поля встановлюється динамічна рівновага між полем і рухом речовини, відбувається рівномірний розподіл енергій. Розряджений газ повинен утворювати галактичну корону - сферичну підсистему товщиною в кілька тисяч парсек. У 1977 р . була розроблена теорія регулярного прискорення космічних променів на фронті ударної хвилі. Слабке магнітне поле може утворитися в невеликому обсязі. Так, якщо в газі утворилося ущільнення, то електрони будуть «розсмоктуватися» швидше, ніж іони, що призводить до виникнення слабких магнітних полів. Може відбуватися посилення поля (неоднорідна температура речовини). У результаті обертання Галактики конденсації міжзоряного газу, пронизані магнітними полями, витягуються, утворюючи спіральні гілки. Інше припущення: магнітне поле Галактики має позагалактичні походження. Слабке поле могло існувати речовині, з якого сформувалася Галактика. У процесі еволюції нашої зоряної системи воно посилювалося і закручують її обертанням.
Першою ознакою магнітного поля є поляризація світла (відкрита астрономами Домбровським та Хільтнером). Другим свідченням є космічні промені - заряджені важкі елементарні частинки високих енергій, влітають з усіх сторін в земну атмосферу, рух яких відхиляється від прямолінійного через взаємодію з магнітним полем Галактики. Потужні потоки заряджених важких елементарних частинок високих енергій утворяться при спалахах наднових зірок (Гінзбург і Шкловський). І тоді заряджені важкі частинки накопичуються в Галактиці. Якщо в Галактиці є магнітне поле, то емісійна лінія нейтрального водню повинна виявити розщеплення. Англійський астроном Девіс підтвердили це своїм спостереженням.
Магнітне поле утримує космічні промені в галактиці, впливає на рух міжзоряного газу. Поляризація обумовлена ​​взаємодією світла з порошинами подовженої форми, які орієнтовані магнітним полем. Сильніші поля пов'язані з щільними хмарами газу. У галактичної околиці Сонця відомі області регулярного поля з посиленим синхротронним випромінюванням (дугоподібно виступають над площиною галактичного диска і є старими залишками спалахів наднових зірок). В інших спіральних галактиках виявлені великомасштабні магнітні поля, що йдуть уздовж спіральних гілок. Вони виявляються у підвищеній інтенсивності синхротронного випромінювання з області гілок. У гілках відбувається стиснення газу, і магнітне поле, будучи «вморожений» в газ, також стискається. При цьому воно «тягне» за собою релятивістські електрони. У результаті збільшення напруженості поля і щільності релятивістських електронів інтенсивність синхротронного випромінювання збільшується в багато разів.
Магнітне поле в спіральних рукавах Нашої Галактики направлено приблизно уздовж рукавів. тиск поля в напрямку, перпендикулярному до силових ліній, виявляється достатнім, щоб врівноважити силу тяжіння, що діє на газ. Це не дозволяє міжзоряному газу стекти до площини Галактики і швидко сконденсуватися в зірки. Можна сказати, що міжзоряний газ зберігся завдяки тому, що в ньому є магнітне поле.
4.2 Схилення. Закон Хаббла.
Постійна Хаббла
Одна з проблем позагалактичної астрономії пов'язана з визначенням відстаней до галактик і їх розмірів. В даний час виміряні червоні зсуви тисяч галактик і квазарів. У 1912 р . американський астроном В. Слайфер виявив ефект червоного зсуву в спектрах далеких галактик. У 1929 р . американський астроном Едвін Хаббл, порівнюючи відстані до галактик і їх червоні зсуви, виявив, що останні зростають у середньому пропорційно відстаням (закон Хаббла), що і підтверджувало гіпотезу про видалення галактик, тобто про розширення Метагалактики - видимої частини Всесвіту.
Схилення - збільшення хвиль ліній у спектрі джерела (зміщення ліній у бік червоної частини спектру) в порівнянні з лініями еталонних спектрів. Найбільші червоні зсуви спостерігаються в спектрах далеких позагалактичних об'єктів - галактик і квазарів - і інтерпретуються як наслідок розширення Всесвіту. Величина зсуву в першому наближенні прямо пропорційна променевої швидкості об'єктів, яка для позагалактичних об'єктів пропорційна відстані.
Закон Хаббла зазвичай використовується для визначення відстаней до позагалактичних об'єктів за їх червоного зсуву, якщо останнє досить велике. Схилення для найбільш далеких з відомих галактик складають приблизно більше 1, а для ряду квазарів перевищують 3,5.
Формула визначення відстаней до галактик:

де r-відстань до галактики; с - швидкість світла;


H - стала Хаббла (складає від 50 до 100 км / (с ∙ Мпк)). Значення постійної Хаббла характеризує швидкість розширення Всесвіту в сучасну епоху і по порядку величини визначає час, що минув з початку розширення до сьогоднішнього моменту. Для багатьох далеких позагалактичних об'єктів закон Хаббла служить єдино досить надійним способом оцінки відстаней. Швидкості видалення по червоному зсуву визначаються порівняно легко, в результаті з даних про швидкість і відстані знаходять постійну Хаббла.
Галактики і скупчення галактик мають ще власними рухами. Тому експериментально певне значення постійної може вважатися відомим з точністю »50%. Якщо взяти Н = 75 км / (с × Мпк), то розширення Всесвіту почалося приблизно 13 млрд. років тому. Інші оцінки дають значення 10-20 млрд. років. (За останніми даними виявлений квазар на відстані 24 млрд. світлових років від Землі.)
Для дуже великих відстаней необхідно враховувати ефекти загальної відносності.
У цьому випадку формулу краще записувати у вигляді:
,
де R - масштаб, який визначається, наприклад, від відстані між будь-якими двома скупченнями галактик у фіксований момент у Всесвіті, що не залежить від масштабів, тобто є постійною величиною.
Схилення надійно підтверджує теоретичний висновок про нестаціонарності області нашого Всесвіту з лінійними розмірами порядку декількох мільярдів років. У той же час кривизна простору не може бути виміряна, залишаючись теоретичної гіпотезою.

Глава V. Великомасштабна структура Всесвіту
В кінці XVIII ст. Гершель В. побудував першу модель Галактики. У ХХ ст. Е. Хаббл почав роботу по дослідженню будови галактичного світу. До 1943 р . він підрахував кількість галактик до 20-ї зоряної величини на 1238 ділянках, які рівномірно розподілив на небесній сфері. І знайшов, що на один квадратний градус в середньому припадає 131 галактика із зоряною величиною до 20m. Галактики утворюють групи скупчення, в які входять від десятка до десятків тисяч членів. Зараз відомо близько 4000 таких скупчень (Волосся Вероніки, відстань 400 світлових років від нас, діаметр майже 12 °, налічується близько 40 тисяч галактик). Зустрічаються галактичні скупчення з загальною кількістю близько 100 тисяч членів. Наша галактика має супутники: карликові зоряні системи (Магелланові Хмари, Туманність Андромеди і ще близько 15 галактик-карликів), з якими вона утворює Місцеву групу діаметром близько 3 млн. світлових років. Виявлено близько 10 сверхскоплений - величезних систем розмірами 50-150 Мпк, що складаються з декількох скупчень, багатьох дрібних груп і поодиноких галактик. Всі сверхскопленія сильно сплюснені або ж сильно витягнуті і за формою нагадують ланцюжка. У напрямку сузір'я Персея на відстані від 24 до 80 Мпк галактик немає. «Чорна область» виявлена ​​також у сузір'ях Волосся Вероніки, Геркулеса, Риб. Поза зазначених меж спостерігається надлишкова щільність галактик. Неоднорідність у розподілі галактик має локальний характер і у великих масштабах «в середньому» Всесвіт однорідний.
Сукупність галактик всіх типів, квазарів, міжгалактичної середовища створює Метагалактику. Одне з властивостей Метагалактика - її постійне розширення. У минулому відстані між галактиками були меншими. Мільярди років тому кордону газових хмар змикалися і утворювали однорідне газова хмара, яке мало постійне розширення. Властивість Метагалактика - рівномірний розподіл у ній речовини і галактик, вона однорідна і изотропна. Висловлюється думка про множинності «метагалактик», кожна з яких має свій набір фундаментальних фізичних властивостей, простору і часу, свої тип нестаціонарності, організації та ін Ці гіпотези не суперечать сучасним математичним та фізико-теоретичним уявленням.
Вивчення просторового розподілу галактик виявляє великомасштабну структуру всесвіту. Середні відстані між галактиками в групах і скупчення становлять кілька сотень кпк; (це приблизно в 10-20 разів більше розміру найбільших галактик). Середні відстані між групами галактик, одиночними галактиками і кратними системами становлять 1-2 Мпк, відстані між скупченнями - десятки Мпк. Таким чином, галактики заповнюють простір з більшою відносною щільністю, ніж зірки внутрігалактіческое простір (відстані між зірками в середньому в 20 млн. разів більше їх діаметрів).
Вік доступною для спостереження частини Всесвіту (Метагалактики) оцінюється за законом розширення Метагалактики. Відповідно до закону Хаббла, галактики віддаляються один від одного зі швидкістю 50-100 км / с на Мпк. Якщо ця швидкість мало змінилася з початку розширення, то величина, зворотна швидкості, дає оцінку максимального віку Метагалактики. Проте зазвичай припускають, що розширення Метагалактики поступово сповільнюється з часом, тому вік її повинен бути трохи менше.
Відповідно до поширеними уявленнями вік Всесвіту становить 15 млрд. років з кожним днем ​​доступна земним телескопам область всесвіту зростає на 1018 кубічних світлових років (за останніми даними виявлений квазар на відстані 24 млрд. світлових років від Землі). Оцінка віку в сильному ступені залежить від точності визначення постійної розширення і від величини уповільнення, тобто передбачуваної моделі світу.





Висновок
За нашими людськими мірками галактики неймовірно величезні. Вивчення світу галактик є зараз найбільш бурхливо розвивається областю астрономії, яке вимагає потужних інструментів, а також новітніх засобів і методів досліджень слабких об'єктів (радіоастрономії).
Нещодавно була сформульована нова версія: «космічне згоду». У Всесвіті повинна бути ще якась додаткова енергія, здатна на космологічних відстанях протистояти гравітаційному тяжінню матерії. Спостереження за скупченнями галактик говорять про те, що баріонна і темна матерії можуть забезпечити 20-30% необхідної щільності енергії. Близько ѕ цієї щільності слід віднести на рахунок темної енергії, яка і прискорює розширення Всесвіту. Другий напрямок перспективних досліджень включає накопичення даних про зростання швидкості формування великомасштабних структур всесвіту типи скупчень галактик.
Галактики розташовуються приблизно там, де щільність прихованої маси велика. Вона «допомагає» галактик сформуватися. Більша частина видимої матерії зібралася в галактики. Щоб визначити масу Всесвіту, треба виміряти маси всіх галактик, їх »1011 шт., І в кожній виблискує по декілька млрд. зірок. Отримуємо приблизно 1052 кг - Така маса всіх зірок у видимій частині Всесвіту. Недоврахованої до останнього часу були близько 1053 кг . Досліджуючи спектри зірок, вчені визначають їх швидкості, судять про рух усередині галактики і аналізують переміщення галактик всередині скупчень. При вивченні обертання галактик було виявлено, що швидкості руху зірок виявилися занадто великими. Залежність швидкості від відстані до центру галактики така, що наявністю однієї масивної чорної діри в центрі галактики її пояснити не можна. Сучасні вчені поки не мають даних про кількість і масі чорних дір навіть у нашій Галактиці, не кажучи вже про всю всесвіту.
Основну роботу з утримання зірок у галактиці здійснюють непомітні нейтрино, які заповнюють весь простір. Існує декілька моделей формування галактик, і присутність прихованої маси є необхідною складовою більшості з них.

Список літератури
1. Агекян Т. А. Зірки, галактики, Метагалактика. - М.: Наука, 1981.
2. Бронніков К. Постулати відносного миру. / / Вокруг света.
3. Горелов А. А. Концепції сучасного природознавства. - М.: Центр, 2002.
4. Квазар за межами Всесвіту. / / Наука і життя. - № 9. - 2000.
5. Климишин І. А. Астрономія наших днів. - М.: Наука, 1986.
6. Найдиш В. М. Концепції сучасного природознавства: Учеб. Посібник. - М.: Гардаріки, 2000 ..
7. Ройз І. Новий сюрприз Всесвіту: темна енергія. / / Наука і життя. - № 3. - 2004. - С. 38 - 42.
8. Фізика космосу: Маленька енциклопедія / Гол. редактор Р. А. Сюняєв. - 2-е вид., Перераб. і доп. - М.: Сов. енциклопедія, 1986.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Астрономія | Реферат
88.6кб. | скачати


Схожі роботи:
Будова походження і еволюція галактик і зірок
Походження галактик і зірок Будова нашої Галактики Еволюція зірок
Будова і властивість матеріалів Кристалічна будова Вплив типу зв`язку на структуру і властивості
Еволюція галактик
Еволюція галактик 2
Світ галактик
Швидкість обертання галактик
Просторовий розподіл галактик
Просторовий розподіл галактик
© Усі права захищені
написати до нас