Строение галактикГалактиками называют гравитационно связанные звездные системы, содержащие миллиарды звезд. Наше Солнце входит в одну из таких систем - Галактику. Звезды Галактики образуют плоский диск. Солнечная система находится на краю диска. Земной наблюдатель видит диск "с ребра”, и огромное количество удаленных звезд сливается для него в одну светящуюся полосу, которая видна на ночном небе как Млечный Путь. Отсюда и название "галактика”: galactikos - молочный, млечный. Развитие внегалактической астрофизики началось в 20-х годах нашего столетия. В 1924 г. американский астроном Эдвин Хаббл на телескопе обсерватории Маунт Вилсон (диаметр зеркала 2,5 м) получил серию фотографий объектов, похожих на туманные пятнышки, часто со спиральной структурой. Высокое разрешение фотографий позволило Хабблу установить, что эти объекты состоят из огромного числа звезд. Впервые туманные пятнышки были разрешены на звезды в 40-х годах XIX в. англичанином Уильямом Парсонсом (третий граф Росс). Парсонс увлекался техникой и астрономией. В 1845 г. ему удалось построить рефлектор с фокусным расстоянием 16,2 м (54 фута). Парсонс направил свой телескоп на туманность М51 в созвездии Гончих Псов и понял, что она имеет спиральную структуру. Ему удалось выделить звезды на фотографиях этой и других туманностей. Парсонс твердо верил, что открытые им спиральные вихри состоят из звезд. Однако это убеждение получило бесспорное доказательство только после работ Хаббла. В туманности Андромеды (М31) Хаббл обнаружил 12 цефеид. В начале XX в. эти переменные звезды уже были достаточно хорошо изучены. Зависимость периода пульсаций блеска от светимости цефеид использовалась X. Шепли (США) для определения расстояний до звездных скоплений, входящих в состав нашей Галактики (Млечного Пути). Этим методом определения расстояний воспользовался и Хаббл. По цефеидам он оценил расстояние до М 31- 0,3 Мпк (современное значение около 0,8 Мпк, 1 Мпк = 3-1024 см). Это означало, что туманность М31 находится далеко за пределами Галактики (диаметр Млечного Пути около 30 кпк) и является самостоятельной звездной системой. Точно так же было установлено, что большинство туманностей - это внегалактические звездные системы, т. е. галактики. Сейчас для измерения расстояний до галактик используют не только цефеиды. В качестве "стандартных свечей”, по ослаблению блеска которых можно оценить расстояние, используют взрывающиеся звезды (в максимуме блеска их светимость примерно одинакова), огромные светящиеся облака ионизованного водорода. Изучение свойств галактик имеет решающее значение для понимания эволюционных процессов в наблюдаемой Вселенной, так как именно галактики и их скопления - основные элементы ^е структуры. Например, измерив лучевые скорости у нескольких десятков галактик, Хаббл в 1929 г. обнаружил, что галактики удаляются друг от друга, и скорость удаления прямо пропорциональна расстоянию между галактиками. Это было открытием расширения Вселенной. Коэффициент пропорциональности между скоростью и расстоянием теперь называют постоянной Хаббла. Она зависит только от возраста Вселенной, и ее современное значение 50-100 км/(с•Мпк). Строение галактики 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. Размеры Галактики:
– диаметр диска Галактики около 30 кпк (100 000 световых лет),
– толщина – около 1000 световых лет. Солнце расположено очень далеко от ядра Галактики – на расстоянии 8 кпк (около 26 000 световых лет). Центр Галактики находится в созвездии Стрельца в направлении на ? = 17h46,1m, ? = –28°51′. 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 (3–7 кпк) сосредоточено почти все 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 (два компонента), 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 две сложенные краями 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. Наша звездная система - Галактика Даже из самых общих наблюдений неба можно заключить, что Солнце находится среди множества звезд, наибольшее количество которых расположено в направлении Млечного Пути. В стороны от его светлой полосы звезд гораздо меньше. Звезды Млечного Пути и видимые отдельно от него образуют единую звездную систему. Основы наших знаний о строении нашей звездной системы и расположении звезд в ней заложил В. Я. Струве. В настоящее время благодаря трудам многих астрономов, в частности российских ученых - П. П. Паренаго и других, известно, что эта грандиозная система - Галактика (что в переводе с греческого языка означает «Млечный Путь») - заключает в себе около 150 млрд.звезд. По своей форме Галактика представляет собой чечевицу, или ее можно уподобить двум тарелкам, сложенным вместе. Какой вид имела бы вся эта звездная система с очень большого расстояния? С одной стороны мы увидели бы светлую полоску с некоторым утолщением в середине. Если бы мы посмотрели на эту звездную систему с другого направления (вид плашмя), то увидели бы светлое пятно с округлыми очертаниями, более яркое к центру. Центр - это ядро Галактики. Основная масса звезд, образующих Галактику, расположена вблизи ее главной плоскости. Чем дальше от этой плоскости и чем дальше от центра Галактики, тем реже расположены звезды. Звезды в нашей Галактике сгруппированы местами в сравнительно тесные скопления. Наиболее яркие и массивные звезды, а также большинство туманностей располагаются вблизи той плоскости, о которой мы говорили выше. Наша солнечная система находится вблизи этой плоскости, но очень далеко от центра Галактики. Все звезды в Галактике движутся вокруг общего центра тяжести, в котором, однако, нет какого-нибудь гигантского солнца. Этот центр тяжести образуется огромным скоплением звезд в ядре Галактики. Вокруг него и совершается движение всех звезд, в том числе и Солнца. В направлении центра Галактики пространство между звездами заполнено многочисленными темными туманностями. Свет очень далеких звезд поглощается этой межзвездной средой и значительно ослабляется. Если бы этих темных туманностей но было, центральные области Галактики сияли бы чрезвычайно ярко. Применяя особые способы фотографирования этих областей неба в невидимых глазу инфракрасных лучах, российские ученые сфотографировали гигантское звездное облако, образующее центральное сгущение в Галактике - ее ядро. Наша солнечная система описывает вокруг центра Галактики огромный путь со скоростью около 250 км/сек с периодом в 185 млн. лет. Какое место занимает наша солнечная система в Галактике? Научные исследования с полной достоверностью показали, что место, занимаемое Солнцем среди звезд в Галактике, достаточно скромное: Солнце - рядовая звезда среди десятков миллиардов ему подобных; оно расположено вдвое дальше от центра Галактики, чем от ее края. Центральные области Галактики видны нам в направлении созвездия Стрельца, и расстояние от нас до этих областей около 23 тыс. световых лет. От одного же края Галактики до другого луч света проходит почти за 85 тыс. световых лет. Это и есть диаметр Галактики - нашей звездной системы.
Что такое галактика?Астрономы давно замечали далекие туманные объекты - эти туманности были замечены 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, содержавший около ста объектов. Но лишь в 20-х годах нашего века удалось установить, что некоторые туманности - это гигантские звездные системы, находящиеся далеко за пределами нашей галактики - Млечного Пути. Постепенно астрономы выянили, что эти системы сильно отличаются по форме и размером 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 основных вида: 1. Эллиптические. Очень многие из известных ныне астрономам галактик имеют эллиптическую форму. У самых крупных эллиптических галактик поперечник сравним с диаметром нашей галактики, включая ее корону (примерно 105 парсек), а масса их достигает 1013 солнечных масс. Таких гигантских эллиптических галактик сравнительно немного, и гораздо более распространены так называемые карликовые эллиптические галактики, имеющие размеры в поперечнике "всего" 2000 парсек и содержащие несколько миллионов звезд (в нашей Галактике сотни миллиардов звезд, и она поэтому считается гигантской). 2. Спиральные. Спиральные галактики были открыты первыми. Это сильно сплюснутые системы гораздо большей яркости, чем широко распространенные карликовые эллиптические галактики. Основное различие между обычными спиральными галактиками и спиралями с пермычкой заключается в форме ядра этих систем. Обычные, или нормальные, спирали имеют ядро приблизительно сферической формы, но уряда спиральных галактик в области вытянутого ядра наблюдается перемычка. 3. Неправильные. К ним относятся, например, два основных "компаньена" нашей Галактики - Большое Магелланово облако и Малое Магелланово Облако. Свое название "неправильные" эти звездные системы получили из-за особенностей их видимой формы. Некоторые неправильные галактики несут на себе отпечатки мощных взрывных процессов, другие имеют искаженную форме за счет взаимодействия с соседними близкими галактиками. 3.1 Линзовидные. На диаграмме Хаббла можно видеть также линзовидные галактики. Они также, как и спиральные, сильно сплюснуты и напоминают чечевицу, но у них нет спиральной структуры. Большинство галактик обладает "стадным" характером: они образуют скопления, большие и малые. Малые насчинывают десятки членов, большие - тысячи. Большое скопление в Волосах Вероники содержит прмерно десять тысяч галактик, главным образом эллиптических. Размер этого огромного скопления около четырех мегапарсек.
Скопления галактик, в свою очередь, входят в состав еще более крупных структурных образований, которые называются сверхскоплениями. Эти самые крупные структурные ячейки Вселенной имеют размеры до сотни мегапарсек и массы, превышающие 1015 масс Солнца. Именно галактики являются ключевым элементом в структуре наблюдаемой Вселенной, а проблемы образования галактик и структурирования мира - один из основных вопросов в современной космологии. Здесь существует некоторая тонкость, на которую я обращаю внимание на то что речь идет об однородной и изотропной Вселенной. И деиствительно, крупномасштабная структура мира в пределах той точности наблюдений, которой располагает современная астрономия, изотропна и однородна. Так, например, величина скорости разбегания галактик не зависит от того, в каком участке ноного неба проводятся измерения. То же самое можно сказать и о наблюдениях реликтового излучения, о числе далеких галактик вразличных направлениях от Земли (но в достаточно больших сравниваемых объемах!). Изотропность реликтового фона с полной определенностью свидетельствует о том, что распределение вещества Вселенной в эпоху отделения излучения от вещества было в высокой степени однородным. Это, по всей видимости, совершенно непреложный вывод. Но как согласовать его с очень сложной структурой сегодняшней Вселенной, которая определяется существованием галактик, их скоплений, и, наконец, сверхскоплений? Ведь совершенно ясно, что если бы расширение абсолютно однородной Вселенной было, в свою очередь, абсолютно однородным, то ни звезды, ни галактики не могли бы существовать в принципе. Вселенная в этом случае представляла собой однородный газ из атомов и элементарных частиц. Тем не менее в нашем мире мы можем наблюдать и звезды и галактики. В чем же дело? |
