12.04.2022г . ГРУППА 203. ФИЗИКА. ТЕМА. «Галактики Вселенной»
19.11.2021г
Галактики ВселеннойЧто такое галактика
Галактика часто воображается нами такой, какой традиционно показывается в энциклопедиях и документальных фильмах — громадной спиралью из голубоватого дыма, в котором прячутся гроздья звезд, посередине которой ярко светит ядро. Однако такой «звездный остров» — всего лишь одна разновидность правильных структур. Ведь бывают и неправильные галактики, лишенные выраженных ядер и рукавов — они бултыхаются в космическом пространстве подобно яйцу, разбитому в невесомости. Издали они мало чем отличаются от хаотичных туманностей: разница состоит в размерах и концентрации звёзд.
Галактика Андромеды — ближайшая к нам крупная галактикаИтак, что нужно, чтобы назвать объект галактикой?
- Во-первых, это наличие в ней звезд и звездных скоплений — они составляют львиную долю видимой нам материи галактики. Но только видимой: большую часть массы любой галактики составляют прослойки газа и пыли, молекулярные облака и темная материя.
- Во-вторых, все это богатство должно быть связано в гравитационной системе и вращаться вокруг общего центра масс. Обычно им выступает галактический центр, о котором речь пойдет дальше — но его отсутствие не препятствие.
Кроме внутреннего гравитационного взаимодействия, галактики взаимодействуют между собой. Меньшие «звездные острова» вращаются вокруг больших — а те выстраивают связи с другими гигантами, включаясь в крупномасштабную структуру Вселенной. Но в отличие от планет и их спутников, галактики славятся «хищными» нравами. Наш Млечный путь близок к тому, чтобы через пару миллиардов лет поглотить своих спутников, Большое и Малое Магеллановы Облака — а после этого его «слопает» галактика Андромеды.
Большое Магелланово облако — галактика-спутник Млечного пути- Видной характеристикой галактики является размер — как и содержание звезд, так и размах. Однако тут как раз точности и нет. Существуют галактики, которые в радиусе сотни–второй световых лет вмещают сотни миллионов звезд. Но бывают и другие, в которых на ту же сотню световых лет рассыпаны считаные тысячи звезд. Поэтому единственный четкий критерий тут — это гравитационная отдаленность от близлежащих «островов» и наличие собственного центра массы. Так, во Вселенной одновременно существуют галактики с несколькими тысячами светил, и с сотнями триллионов звезд.
Как видите, нет четких рамок или определения для понятия, что такое галактика. Поэтому они такие разнообразные, часто совсем невообразимые. Это и сверхяркие мощные квазары, и Великий Аттрактор, и громадные звездные поля протяженностью в миллионы световых лет.
Разнообразие галактик
Первое, что бросается в глаза при изучении галактик — их форма и узор. Одни выглядят как спирали циклонов в земной атмосфере, другие напоминают садовые оросители, с которых вырываются струи воды, а третьи представляют собой равномерные, плоские звездные диски. На этих характерных деталях строится современная классификация галактик, которая еще называется морфологической (морфология — наука о строении и форме чего-либо).
С самого начала изучения галактик Эдвином Хабблом, появилась теория о зависимости ее внешнего вида от возраста. Начав с небольшого и плотного скопления газа и звезд, галактики постепенно раскручивают спирали или же просто разрастаются вширь, после чего сжимаются обратно. Поэтому внешний вид «звездного острова» может рассказать нам многое о ее истории.
Структурные компоненты галактики
Эдвин Хаббл, пионер и новатор исследования «звездных островов» за пределами Млечного пути, выделил сначала 3, а потом 4 основных вида галактик, изучение и детализация которых продолжается до сих пор. Но даже сегодняшняя типология «звездных островов» базируется на морфологических составляющих галактики. Как в конструкторе, из этих деталей можно «построить» любую галактику. Астрономы выделяют следующие компоненты:
- Ядро — это центральная часть галактики, сосредоточение ее массы. Именно ядро служит гравитационным якорем для всех остальных компонентов галактики. Это может быть как и один космический объект, вроде черной дыры, так и целая группа звезд, туч пыли, черных дыр и прочих «жителей» галактического центра. Обычно имеется в виду последний вариант, именуемый также активным ядром галактики
Черная дыра в ядре галактики
- Диск — тонкий и плоский слой галактики, в котором вращается большинство ее содержимого. Принцип его расположения аналогичен плоскости эклиптики Солнечной системы, где лежат орбиты самых массивных планет. Также это самая заметная часть галактики, поскольку занимает больше всего площади. Единый галактический диск делится на две составляющие — газопылевой и звездный.
- В диске могут проступать спиральные ветви, известные также как галактические рукава. Рукава не столь плотны, как другие элементы галактики, и в них много молодых звезд.
Интересный факт — некоторые галактики обладают сразу двумя дисками; второй называется полярным кольцом. Причем «лишний» диск со звездами и туманностями не всегда имеет общий центр массы с основным. Полярные галактические кольца чаще всего возникают во время слияния галактик или спонтанного образования второго галактического центра, хотя точный механизм пока неизвестен.
- Сфероидальный компонент — та часть звезд и галактического газа, которые находятся вне галактического диска и размещаются по сфере притяжения вокруг ядра. Его доля в общей массе галактики может колебаться
-
-
- Центр, балдж и гало
- Балдж (от англ. «вздутие, выпуклость») — сферическая объемная оболочка центра галактики. Его составляют крупные звезды-гиганты, старые светила и шаровые звездные скопления. Балдж — самая концентрированная и наиболее яркая часть любой галактики. Его наличие является индикатором сверхмассивной черной дыры. Рядом с балджем может находиться бар (от англ. «перемычка») — вытянутый «мостик» между балджем и галактическими рукавами.
- Когда балдж принадлежит к центру сфероидальной составляющей галактики, то гало заполняет всю внешнюю часть «звездного острова». Это самая большая часть галактики, поскольку распространяется далеко за пределы диска, и самая массивная, поскольку состоит большей частью из темной материи.
Классы галактик
Теперь, когда вы знаете основные составляющие любой галактики, определить ее класс очень легко. Надо только оценить выраженность главных элементов — звездного и газопылевого дисков, ядра и сфероидальной составляющей.
Эллиптические галактики (E)
Эллиптические галактики — первый класс «звездных островов», который служит опорной точкой для других типов. Их особенность заключается в том, что у них нет ни диска, ни рукавов — грубо говоря, они являются одним большим балджем и состоят из галактической сферы. Что правда, сфера не совсем правильная: эллиптические галактики всегда в большей или меньшей
Степени вытянуты, благодаря чему и получили своё название
.Гигантская эллиптическая галактика ESO 325-G004Звездный состав эллиптических галактик примечателен своей умеренностью. Большинство их звезд — либо старые красные гиганты, либо умеренные красные и желтые карлики. Есть и яркие, но они редко поднимаются высоко по диаграмме Герцшпрунга–Рассела — светимость белых звезд в эллиптических галактиках не очень сильная. А голубые гиганты, звезды Вольфа–Райе и прочие массивные и активные светила попросту отсутствуют или же крайне редки.
Хотя образование и развитие галактик пока что покрыто пеленой тайны для астрономов, есть некоторые предположения относительно эллиптических галактик. У них мало газа и пыли, новые звезды формируются редко, а существующие светила немолоды — следовательно, до их нынешнего состояния прошло немало лет. А эллиптическую форму не так просто получить. Самый вероятный вариант — это столкновение и взаимопоглощение двух спиральных или линзовидных галактик воедино.
В пользу теории свидетельствует также то, что самая крупная галактика в наблюдаемой Вселенной, IC 110, тоже принадлежит к эллиптическим. Если это так, то после столкновения с галактикой Андромеда наш Млечный путь тоже превратится в гигантскую эллиптическую галактику.
Линзовидные галактики(S0)
Линзовидные галактики — это промежуточное звено по форме между эллиптическими и спиральными галактиками. У них сохраняется массивный центр, но при этом существуют вполне сформированные диски: звездный и газовый. Из-за контраста выпуклого балджа и распластанного диска эти галактики похожи на двояковыпуклые линзы, из-за чего и получили свое название.
«Население» линзовидных галактик сродни наполнению эллиптических — все те же старые звезды, небольшие зрелые светила и звездные останки вроде сверхновых, черных дыр и подобных им объектов. Как и у предыдущего класса галактик, у них не так много свободного газа, но зато достаточно галактической пыли. Это наталкивает астрономов на мысль о том, что линзовидные «звездные острова» являются «истаявшими» наследниками спиральных галактик, в которых звездообразовательный потенциал исчерпался, а рукава слились.
Линзовидные и эллиптические галактике составляют 40% от всей галактической популяции Вселенной — каждая по половине общего числа. И хотя даже вместе они не такие распространенные, как спиральные, линзовидные и эллиптические часто встречаются на снимках телескопов.
Линзовидная галактика Веретено или NGC 5866
Спиральные галактики (S)Классическая спиральная галактика в общих чертах представляет собой эллиптическую галактику, от центра-балджа которой отходят спиральные рукава. Также она активно вращается (на что указывает спиральная форма) и обладает выраженными газовыми и пылевыми составляющими. Рукава спиральных галактик разительно отличаются по составу от центра: они богаты на свободную видимую материю, из-за чего активно образуются звезды. Ещё преобладающее число спиральных галактик имеет бар-перемычку. Галактики этого класса являются наиболее распространенными во Вселенной: на них приходится 55% от всего числа «звездных островов».
Как правило, рукавов у таких галактик немного, и спираль закручена лишь на несколько витков. Точной причины того, почему галактики не закручиваются «туже», неизвестно. Да, звезды движутся вокруг центра галактики очень быстро, ускоряясь ближе к центру, и свободно мигрируют с одной части спирали в другую. Но этого недостаточно для «заморозки» галактических рукавов в пространстве.
NGC 1097 — спиральная галактика с перемычкой в созвездии Печь
Одной из наиболее вероятных теорий является то, что спираль формируется под влиянием волн плотности. Они сжимают облака газа и пыли, попадающие в рукава, «фиксируя» их и активируя звездорождение. Там образуются в основном массивные и яркие голубые звезды, которые существуют всего несколько миллионов лет, и потому практически не изменяют свое положение. Все это способствует стабильности рукавов.
Это, однако, лишь теория. Какое-либо длительное наблюдения развития галактик невозможно, да и их структура слишком сложна, дабы утверждать что-то точно. Однако факт остается фактом: массивных и ярких звезд в рукавах очень много, из-за чего они отсвечивают голубым.
Неправильная галактика NGC 5477Неправильные галактики — самые редкостные из «звездных островов». Они похожи на рваные тучи, да и повторяют их строением. В них много газов, пыли и скоплений звезд, но нет главных структурных элементов — спиралей, балджа и т.д. Некоторые из них напоминают эллиптические или спиральные галактики. Многие неправильные галактики стали такими из-за гравитационного влияния со стороны, исказившего их форму. Но есть «звездные острова», которые приобрели такой вид сами по себе.
Особым видом неправильных галактик являются карликовые — они полны газа, необходимого для звездообразования, в них мало металлов (в астрономии — элементов, отличных от водорода и гелия), и они очень компактны в размерах. Эти три фактора создают идеальные условия для образования очень крупных, ярких и короткоживущих звезд. Ученые считают, что именно так выглядели первые галактики нашей Вселенной. С помощью телескопа «Джеймс Уэбб», способного проникнуть на расстояние в 100 миллионов лет после Большого взрыва, ученые ожидают увидеть больше неправильных галактик, наполненных звездами-сверхгигантами.
Взаимодействие галактик
Не менее интересным для взора ученых представляется вопрос о взаимодействии галактик как компонентов космических систем. Не секрет, что космические объекты находятся в постоянном движении. Галактики не исключение из этого правила. Некоторые из видов галактик могли бы стать причиной столкновения или слияния двух космических систем. Если вникнуть, какими представляются данные космические объекты, более понятными становятся масштабные изменения как результат их взаимодействия. Во время столкновения двух космических систем выплескивается гигантское количество энергии. Встреча двух галактик на просторах Вселенной – даже более вероятное событие, чем столкновение двух звезд. Не всегда столкновение галактик заканчивается взрывом. Небольшая космическая система может свободно пройти мимо своего более крупного аналога, изменив только незначительно его структуру.
Какое будущее ожидает нашу галактику?Как предполагают ученые, не исключено, что в далеком будущем Млечный путь сумеет поглотить крохотную по космическим размерам систему-спутник, которая расположена от нас на расстоянии 50 световых лет. Исследования показывают, что этот спутник имеет продолжительный жизненный потенциал, но при столкновении с гигантским соседом, вероятнее всего, закончит отдельное существование. Также астрономы предрекают столкновение Млечного пути и Туманности Андромеды. Галактики движутся друг другу навстречу со скоростью света. До вероятного столкновения ждать примерно три миллиарда земных лет. Однако будет ли оно на самом деле сейчас – тяжело рассуждать из-за нехватки данных о движении обеих космических систем.
ОТВЕТЬТЕ НА ВОПРОСЫ:
1. Перечислите основные типы галактик.
2. Строение галактик?
3. Какова структура нашей Галактики:
А) эллиптическая
Б) неправильная
В) спиральная
4. Туманность Андромеды:
А) эллиптическая
Б) неправильная
В) спиральная
