 |
Астронет: К. А. Постнов/ГАИШ Лекции по Общей Астрофизике для Физиков http://variable-stars.ru/db/msg/1170612/9lec/node2.html |
<< 9. Галактики и квазары | Оглавление | 9.2 Квазары и активные >>
9.1 Галактики. Общие сведения.
Образование крупномасштабной структуры является следствием роста малых
возмущений плотности вследствие гравитационной неустойчивости. Как будет
показано в Лекции 12, характерные Джинсовские массы сразу после эпохи
рекомбинации лежат в диапазоне
, т.е. в масштабах
шаровых звездных скоплений до скоплений галактик. Мы также отмечали, что
структура Вселенной не может образоваться без наличия скрытой массы. По
современным представлениям, образование наблюдаемых галактик и звезд
началось на красных смещениях 
. Как следует из недавних
(1996-1997) наблюдений с борта телескопа им. Хаббла и других исследований,
эпоха максимального темпа образования звезд, возможно,
приходилась на красные смещения
и достигала
в год в типичной
галактике с массой порядка
. Полное число галактик во
Вселенной не менее 
(предполагая, что видимая материя сосредоточена
в "средних" галактиках с массой около
). Существует много
слабых карликовых галактик, трудных для обнаружения. Однако доля вещества по
массе в них, по-видимому, не превосходит массы, сосредоточенной в гигантских
звездных системах.
Процесс образования галактик при росте возмущений весьма непрост, и окончательного понимания в этом вопросе пока нет. Важно, однако, что образующийся тип галактики (спиральная или эллиптическая) главным образом определяется моментом импульса вещества, которое сжимается из-за гравитационной неустойчивости. Полный момент импульса Вселенной равен нулю (во всяком случае, нет ни одного указания, что это не так, в той же степени, в какой мы можем говорить об изотропии). Очевидно, что локальные гравитационные взаимодействия возмущений плотности приводят к появлению момента импульса у гравитационно-связанной системы. Наличие значительного момента импульса приводит к тому, что гравитационное сжатие преимущественно происходит вдоль вектора момента импульса (оси вращения). В результате образуются дискообразные системы - спиральные галактики.
Отличительная черта спиральных галактик - наличие четко выраженного диска, в котором находится газ и пыль (до 10% от массы диска). В дисках спиральных галактик происходит основной процесс звездообразования из газа. Можно показать, что дифференциально вращающиеся самогравитирующие диски неустойчивы относительно образования спиральных волн плотности (спиральных рукавов), которые вращаются как единое целое в большинстве случаев по вращению галактики. При движении спирального рукава по газовому диску возникает ударная волна, газ сжимается, и это инициирует процессы звездообразования. Между спиральными рукавами процесс звездообразования значительно ослаблен. Характерный радиус дисков галактик 10-15 кпк, толщина звездного диска порядка 1-2 кпк, газовый диск существенно тоньше, порядка 200 пк.
Кроме тонкого диска, содержащего газ, пыль и массивные молодые массивные звезды (т.н. население I типа), спиральные галактики обладают сферической подсистемой звезд (т.н. балдж, от англ. bulge - выпуклость, раздутая часть), суммарный момент имульса которой близок к нулю. Балдж содержит маломассивные (меньше или порядка массы Солнца) старые звезд (т.н. звездное население II типа), которые движутся по вытянутым орбитам вокруг центра галактики; по сути дела балдж напоминает эллиптическую галактику. Возможно, подсистема балджа в спиральных галактиках (в т.ч. и в нашей) образуется в результате столкновения первоначальных спиральных и иррегулярных галактик.
В другом крайнем случае, когда момент импульса изначально мал, образуются квази-сферические (эллипсоидальные) гравитационно - связанные системы - эллиптические галактики. Эллиптические галактики характеризуются практически полным отсутствием газовой составляющей, поэтому темп звездообразования в них в современную эпоху мал. Эллиптические галактики могут возникать и при взаимодействии (столкновении) нескольких спиральных галактик с различно направленными моментами импульса. Звезды в эллиптических галактиках движутся по вытянутым орбитам в общем гравитационном потенциале. Характерной особенностью эллиптических галактик и населения II типа (балдж) в спиральных галактиках является обедненный металлами по сравнению с молмодым населением дисков галактик химсостав. Это связано со старым возрастом звезд населения II типа и с обогащением ммежзвезднога газа продуктами ядерной эволюции звезд и вспышек сверхновых в дисках галактик.
Кроме спиральных и эллиптических галактик, существует относительно
малочисленный (не более 10%) класс неправильных (или, как говорят,
иррегулярных) галактик с нечетко выраженной формой. Как правило, массы
неправильных галактик меньше
. В этих галактиках много газа
(до 50% от массы), идет активное звездообразование,
хотя химический состав неправильных галактик бедн
металлами. Это свидетельствует об их относительной
молодости. Примером неправильных
галактик могут служить Магеллановы Облака - спутники нашей Галактики,
находящиеся на расстоянии около 60 кпк.
Ввиду большой сложности рассмотрения строения и эволюции галактик, состоящих из миллиардов объектов, трудно дать детальное описание всех физических процессов, происходящих в этих звездных системах. Поэтому в этой части астрофизики часто используются феноменологические соотношения и зависимотси, которые имеют под собой, однако, глубокое физическое содержание.
<< 9. Галактики и квазары | Оглавление | 9.2 Квазары и активные >>