Розміри і структура нашої Галактики

ЗОШ № 712
Розміри і структура нашої Галактики.
Викладач: Ковальченко Раїса Григорівна
(Вчитель фізики.)
Реферат підготувала:
Учениця 11 класу «А»
Мамілова Заліна Нурудіновна.
 
Москва, 2008рік

Зміст:
Введення ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3
Зірки Галактики ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 4
Розміри Галактик ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... 6
Гало ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .7
Ядро ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..... 8
Диск ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .8
Спіральні гілки ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 9
Список літератури ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 11

Введення:
Галактика складається з двох основних підсистем диска і гало, вкладених одна в іншу і гравітаційно-пов'язаних один з одним. Перша - сферичне гало, її зірки концентруються до центру галактики, а щільність речовини, висока в центрі галактики, досить швидко падає з віддаленням від нього. Центральна, найбільш щільна частина гало в межах декількох тисяч світлових років від центру Галактики називається балджа. Друга підсистема - це масивний зоряний диск. Його маса дорівнює 150 млрд. мас Сонця. Він являє собою як би дві складені краями тарілки. У диску концентрація зірок значно більше, ніж в гало.
Центральна, найбільш компактна область Галактики називається ядром. Якби ми жили на планеті біля зірки, що знаходиться поблизу ядра Галактики, то на небі були б видні десятки зірок, по яскравості порівнянних з Місяцем. Однак Сонце розташоване досить далеко від ядра Галактики - на відстані 8 КПК (близько 26 000 світлових років). Тому, якщо на околицях Сонця, в диску, одна зірка припадає на 8 кубічних парсеків, то в центрі Галактики в одному кубічному парсек перебуває 10 000 зірок. Центр Галактики знаходиться в напрямку сузір'я Стрільця. У 2004 році остаточно доведено, що в центрі Галактики знаходиться чорна діра з масою близько трьох мільйонів мас Сонця.
У кільцевій області галактичного диска від 3 до 7 КПК зосереджено майже всі молекулярне речовина міжзоряного середовища (хмари пилу і газу); там знаходиться найбільша кількість пульсарів і джерел інфрачервоного випромінювання. Видиме випромінювання центральних областей Галактики повністю приховано від нас могутніми шарами поглинаючої матерії, так як Сонце знаходиться в площині галактичного диска. Розміри Галактики: діаметр диска - 30 КПК (100 000 світлових років), товщина диска - 1000 світлових років.
Вивчення власних рухів зірок у Галактиці показує, що галактичний диск обертається. Обертання Галактики відбувається за годинниковою стрілкою, якщо дивитися на Галактику з боку її північного полюса, що знаходиться в сузір'ї Волосся Вероніки. Дослідження показали, що Галактика має добре виражену спіральну структуру. Спіралі представляють собою хвилі щільності, що поширюються в бік обертання диска Галактики, з постійною кутовий швидкістю.
Зірки Галактики.
Обертання зірок Галактики не підпорядковується і закону Ньютона. Цей незрозумілий факт привів до нових дивних відкриттів, пов'язаних з поняттям темної матерії.
Наше Сонце розташоване між спіральними рукавами Стрільця і ​​Персея, рухається зі швидкістю близько 220 км / с, і робить повний оборот навколо центру Галактики за 200 мільйонів років. За час свого існування Сонце облетіло Галактику приблизно 30 разів. Швидкість обертання Сонця навколо центру Галактики практично збігається з тією швидкістю, з якою в даному районі рухаються спіральні рукави. Така ситуація неординарна для Галактики. Єдине місце, де швидкості зірок і спіральних рукавів збігаються, - це коротаціонная коло і, саме поблизу неї розташовано Сонце. Може бути, ця обставина дала можливість виникнути і зберегтися життя на Землі. Адже в спіральних рукавах відбуваються бурхливі процеси, потужне випромінювання від яких згубило б все живе на Землі. Так що наше периферійне положення по відношенню до галактичної «столиці» можна вважати навіть привілейованим.
Зірки галактичного диска були названі населенням I типу, зірки гало - населенням II типу. До диску відносяться, як правило, зірки ранніх спектральних класів О і В, тобто молоді зірки. Гало, навпаки, становлять об'єкти, що виникли на ранніх стадіях еволюції Галактики. Вік населення другого типу порядку 10 - 12 мільярдів років. Населення першого типу відрізняється від населення другого типу великим вмістом важких елементів.
Згідно сучасним уявленням, Галактика утворилася з повільно обертається газової хмари, за своїми розмірами перевершував її в десятки разів. Спочатку воно складалося з суміші 75% водню і 25% гелію і майже не містило важких елементів. Протягом приблизно мільярда років ця хмара вільно стискалося під дією сил гравітації. Цей колапс неминуче призвів до фрагментації і початку процесу зореутворення. Спочатку газу було багато, і він перебував на великих відстанях від площини обертання. Виникли зірки першого покоління, в тому числі й досить масивні, а також кульові скупчення. Їх сучасне просторовий розподіл відповідає первісному розподілу газу, близькому до сферичного.
Найбільш масивні зірки першого покоління швидко проеволюціонувати і збагатили міжзоряне середовище важкими елементами, головним чином за рахунок спалахів наднових. Та частина газу, яка не перетворилася в зірки, продовжувала свій процес стиснення до центру Галактики. З-за збереження моменту кількості руху, її обертання ставало швидше, утворився диск, і, в ньому знову почався процес зореутворення. Це друге покоління зірок виявилося багатим важкими елементами. Газ, що залишився стиснувся в більш тонкий шар, так виникла плоска складова - основна арена сучасного зореутворення. Зрозуміло, виділення двох або трьох поколінь зірок дуже умовно: швидше за все, зореутворення було єдиним безперервним процесом, хоча в ньому і можливі були окремі етапи уповільнення.
Аналіз обертання тіл в Галактиці показав, що маса її повинна бути в десять разів більше тієї, яку ми визначаємо за видимими об'єктах. Значить, крім гало, балджа і диска, разом з перебувають у них спостерігаються зірками і газом, є величезні кількості невидимої речовини, яке проявляє себе тільки в гравітаційній взаємодії, але не фіксується ніякими приладами. Його назвали темною матерією. Диск і гало Галактики занурені в корону темної матерії, розміри і маса якої в 10 разів більше, ніж розміри диска і маса видимої речовини Галактики.
Природа кинула справжній виклик людському знанню: на початку XXI століття ми навіть не уявляємо, з чого складається речовина, в основному заповнює Всесвіт! За однією з гіпотез частина темної матерії може полягати в коричневих карликів, у щільних і холодних молекулярних хмарках, які мають малий розмір і недоступні для звичайних спостережень, а також у величезній кількості нейтрино, які мають ненульову масу спокою і заповнюють периферію Галактики. Темна матерія може знаходитися і в померлих зірках. Однак більшість космологів припускає, що темна речовина складається не з баріонів, а з екзотичних часток, що залишилися після Великого вибуху.
Темна маса існує не тільки в нашій Галактиці. Так, в середині вісімдесятих років було встановлено, що Місцева група галактик рухається зі швидкістю понад 600 км / с у бік великого сверхскопленія галактик. Ця швидкість занадто велика, щоб її можна було пояснити гравітаційною дією спостережуваних галактик. Вона свідчить про присутність темної маси і між галактиками. Новітні спостереження слабких галактик за допомогою чутливих ПЗС-матриць дозволили не просто підтвердити наявність прихованої маси в скупченнях галактик, але і "картографувати" її розподіл в скупченнях. У даному випадку гравітація скупчення "працює" як збиральної лінзи для зображень слабких блакитних галактик знаходяться далеко за самим скупченням. При цьому зображення далеких галактик спотворюються, "витягаючись" в дуги різної довжини з центром, що збігається з центром скупчення.
Природа сама придумала для астрофізиків гігантський всехвильовий космічний телескоп, заснований на ефекті гравітаційного лінзування. Це явище, засноване на загальній теорії відносності, було теоретично передбачене в тридцяті роки ХХ століття Альбертом Ейнштейном. Якщо на шляху світла від далекого джерела до нас є який-небудь масивний об'єкт, наприклад типу, то промені світла в її полі тяжіння будуть викривлятися, і галактика виступить у ролі лінзи, що збирає світло. Результат, зокрема, може полягати в появі кратного (подвійного, потрійного і т.д.) зображення одного і того ж об'єкта, або посилення його яскравості, якщо Земля виявилася на потрібній відстані від гравітаційної лінзи. Перша гравітаційна лінза була відкрита в 1979 р . Це був квазар. Зараз відомо більше 25 гравітаційних лінз. Серед гравітаційних лінз зустрічаються утворення різної форми, а найбільш ефектними виглядають хрести і кільця Ейнштейна. Природа ж прихованої маси у Всесвіті залишається незрозумілою до теперішнього часу.
Розміри Галактики.
Грунтуючись на результатах своїх підрахунків, Гершель зробив спробу визначити розміри Галактики. Він зробив висновок, що наша зоряна система має кінцеві розміри і утворює свого роду товстий диск: у площині Чумацького Шляху вона простягається на відстань не більше 850 одиниць, а в перпендикулярному напрямку - на 200 одиниць, якщо прийняти за одиницю відстань до Сіріуса. За сучасною шкалою відстаней це відповідає 7300 х 1700 світлових років.
Ця оцінка в цілому, вірно, відображає структуру Чумацького Шляху, хоча вона вельми неточна. Справа в тому, що окрім зірок до складу диска Галактики входять також численні газопилові хмари, які ослабляють світло віддалених зірок. Перші дослідники Галактики не знали про це поглинає речовину і вважали, що вони бачать всі її зірки.
Справжні розміри Галактики були встановлені тільки в XX ст. Виявилося, що вона є значно більш плоским утворенням, ніж припускали раніше. Діаметр галактичного диска перевищує 100 тис. світлових років, а товщина - близько 1000 світлових років. За зовнішнім виглядом Галактика нагадує чечевичное зерно з потовщенням посередині.
Через те, що Сонячна система знаходиться практично в площині Галактики, заповненою поглинаючою матерією, дуже багато деталей будови Чумацького Шляху приховані від погляду земного спостерігача. Проте їх можна вивчати на прикладі інших галактик, схожих з нашою. Так, в 40-і рр.. XX століття, спостерігаючи галактику М 31, більше відому як туманність Андромеди, німецький астроном Вальтер Бааде (в ті роки він працював у США) зауважив, що плоский лінза подібний диск цієї величезної галактики занурений в більш розріджений зоряне хмару сферичної форми - гало. Оскільки туманність Андромеди дуже схожа на нашу Галактику, Бааде припустив, що подібна структура є і у Чумацького Шляху. Зірки галактичного диска були названі населенням I типу, а зірки гало (або сферичною складовою) - населенням II типу.
Як показують сучасні дослідження, два види зоряного населення відрізняються не тільки просторовим положенням, але і характером руху, а також хімічним складом. Ці особливості пов'язані в першу чергу з різним походженням диска і сферичної складової.
ДАЛО.
Межі нашої Галактики визначаються розмірами гало. Радіус гало значно більше розмірів диска і за деякими даними досягає декількох сот тисяч світлових років. Центр симетрії гало Чумацького Шляху співпадає з центром галактичного диска.
Складається гало в основному з дуже старих, неяскравих мало масивних зірок. Вони зустрічаються як поодинці, так і у вигляді кульових скупчень, які можуть включати в себе більше мільйона зірок. Вік населення сферичної складової Галактики перевищує 12 млрд. років. Його зазвичай приймають за вік самої Галактики.
Характерною особливістю зірочок гало є надзвичайно мала частка в них важких хімічних елементів. Зірки, що утворюють кульові скупчення, містять металів в сотні разів менше, ніж Сонце.
Зірки сферичної складової концентруються до центру Галактики. Центральна, найбільш щільна частина гало в межах декількох тисяч світлових років від центру Галактики називається балджа (у перекладі з англійського "потовщення").
Зірки і зоряні скупчення гало рухаються навколо центру Галактики по дуже витягнутих орбітах. Через те, що обертання окремих зірок відбувається майже безладно (тобто швидкості сусідніх зірок можуть мати самі різні напрями), гало в цілому обертається дуже повільно.
ДИСК.
У порівнянні з гало диск обертається помітно швидше. Швидкість його обертання не однакова на різних відстанях від центру. Вона швидко зростає від нуля в центрі до 200-240 км / с на відстані 2 тис. світлових років від нього, потім декілька зменшується, знову зростає приблизно до того ж значення і далі залишається майже постійною. Вивчення особливостей обертання диска дозволило оцінити його масу. Виявилося, що вона в 150 млрд. раз більша за масу Сонця.
Населення диска дуже сильно відрізняється від населення гало. Поблизу площини диска концентруються молоді зірки і зоряні скупчення, вік яких не перевищує декількох мільярдів років. Вони утворюють так звану плоску складову. Серед них дуже багато яскравих і гарячих зірок.
Газ в диску Галактики також зосереджений в основному поблизу його площини. Він розподілений нерівномірно, утворюючи численні газові хмари - від гігантських неоднорідних по структурі понад хмар протяжністю декілька тисяч світлових років до маленьких хмарок розмірами не більше парсеки.
Основним хімічним елементом у нашій Галактиці є водень. Приблизно на 1 / 4 вона складається з гелію. У порівнянні з цими двома елементами інші присутні в дуже невеликих кількостях. У середньому хімічний склад зірок і газу в диску майже такий же, як у Сонця.
ЯДРО.
Однією з найцікавіших областей Галактики вважається її центр, або ядро, розташоване в напрямку сузір'я Стрільця. Видиме випромінювання центральних областей Галактики повністю приховано від нас могутніми шарами поглинаючої матерії. Тому його почали вивчати тільки після створення приймачів інфрачервоного і радіовипромінювання, яке поглинається у меншій мірі.
Для центральних областей Галактики характерна сильна концентрація зірок: у кожному кубічному парсек поблизу центру їх міститься багато тисячі. Відстані між зірками в десятки і сотні разів менше, ніж в околицях Сонця. Якби ми жили на планеті біля зірки, що знаходиться поблизу ядра Галактики, то на небі були б видні десятки зірок, по яскравості порівнянних з Місяцем, і багато тисяч яскравіших, ніж найяскравіші зірки нашого неба.
Крім великої кількості зірок в центральній області Галактики спостерігається околоядерного газовий диск, що складається переважно з молекулярного водню. Його радіус перевищує 1000 світлових років. Ближче до центру відзначаються області іонізованого водню і численні джерела інфрачервоного випромінювання, що свідчать про те, що відбувається там зореутворення. У самому центрі Галактики передбачається існування масивного компактного об'єкта - чорної діри масою близько мільйона мас Сонця. У центрі знаходиться також яскраве радіоджерело Стрілець А, походження якого пов'язують з активністю ядра.
Спіральні гілки.
Одним з найбільш помітних утворень в дисках галактик, подібних нашій, є спіральні гілки (або рукави). Вони і дали назву цьому типу об'єктів - спіральні галактики. Спіральна структура в нашій Галактиці дуже добре розвинена. Уздовж рукавів в основному зосереджені наймолодші зірки, багато розсіяні зоряні скупчення й асоціації, а також ланцюжки щільних хмар між зоряного газу, в яких продовжують утворюватися зірки. У спіральних гілках знаходиться велика кількість змінних і спалахують, в них найчастіше спостерігаються вибухи деяких типів найновіших. На відміну від гало, де будь-які прояви зоряної активності надзвичайно рідкісні, в гілках продовжується бурхливе життя, пов'язана з безперервним переходом речовини з міжзоряного простору в зірки і назад. Галактичне магнітне поле, яке пронизує весь газовий диск, також зосереджене головним чином в спіралях.
Спіральні рукави Чумацького Шляху в значній мірі приховані від нас поглинаючою матерією. Докладний їх дослідження почалося після появи радіотелескопів.