Astronet Астронет: Е. Б. Гусев/РГПУ им. С.А. Есенина Качественные задачи по астрономии
http://variable-stars.ru/db/msg/1179964/node27.html
Предыдущая  Вверх  Следующая 

2.12 Галактика. Метагалактика.

  1. В звездах происходят частые столкновения частиц веществ, поэтому состояние их вещества нужно описывать уравнениями газодинамики. Галактики же представляют собой гравитационно связанные системы бесстолкновительных частиц - звезд.
  2. Наша Галактика, иногда называемая галактикой Млечный Путь, относится к спиральным галактикам. Она имеет форму выпуклой линзы диаметром около 30 кпк (по некоторым данным 24,5 кпк) и толщиной около 4 кпк. Галактика вращается. Солнце совершает полный оборот вокруг центра Галактики за 200-250 миллионов лет. В галактике также есть сферическое гало радиусом не менее 20 кпк.
  3. Свидетельством того, что Солнце находится близко к середине галактического диска, является то. что середина Млечного Пути почти совпадает с большим кругом небесной сферы. Вектор скорости Солнца относительно центра Галактики тоже лежит в галактической плоскости. Это указывает на то, что Солнце всегда двигалось в этой плоскости.
  4. Звезд с малыми массами существенно больше, чем звезд с большими массами. Основная часть звезд с малыми массами - звезды-красные карлики.
  5. Самые старые звезды в Галактике занимают пространство примерно такое же, какое занимало протогалактическое облако. Оставшийся газ сжимался к центру и в результате столкновительных процессов терял энергию. Новые подсистемы занимали меньший размер. Сжатию в галактической плоскости мешали центробежные силы, а по оси вращения сжатию газа ничего не мешало. В результате в плоскости Галактики возникает тонкий вращающийся газовый диск, в котором и образуются самые молодые звездные объекты Галактики.
  6. Самые старые звезды образовались из бедного тяжелыми элементами протогалактического газового облака. Массивные звезды, быстро эволюционируя, взрывались и обогащали газ протогалактики образовавшимися в них тяжелыми элементами. Поздние поколения звезд образовались из веществ с большим содержанием металлов.
  7. Согласно третьему закону Кеплера, более удаленные от центра Галактики звезды имеют и больший период обращения. Поэтому спиральный узор Галактики должен разрушаться, по оценкам, за время примерно одного оборота.

    В настоящее время существует теория, объясняющая сохранение спирального узора при вращении Галактики. Спиральные ветви - это места образования молодых горячих звезд в областях уплотнения вещества, которые соответствуют подошедшему фронту волны. Таким образом фронт волны перемещается как единое целое, а звезды, покидая фронт, уменьшают интенсивность излучения.

  8. Шаровые звездные скопления являются самыми старыми комплексами в нашей и других галактиках. Шаровые скопления насчитывают сотни тысяч звезд каждое. В нашей Галактике сейчас известно 130 шаровых скоплений.
  9. Облака космической пыли легко обнаруживаются по их экранирующему действию на свет звезд в виде темных прогалов на звездном фоне. Например, область сильного поглощения света в южной части Млечного Пути носит название "Угольный мешок".
  10. На фотографиях многих галактик, видимых с ребра, отчетливо видна темная полоса межзвездной пыли, концентрирующейся к плоскости галактики. В нашей Галактике пыль полностью закрывает для наблюдений с Земли центр Галактики в созвездии Стрельца.
  11. В 1924 году американский ученый Э.Хаббл по фотографиям, полученным на телескопе с диаметром зеркала 2,5 м, установил, что туманности М31 и МЗЗ являются гигантскими системами-галактиками, состоящими из звезд и удаленными от нас на громадное расстояние.
  12. В направлении галактических полюсов луч зрения пронизывает области пространства с наименьшим числом звезд Галактики. В этих же направлениях из-за малого поглощения света галактической пылью видно наибольшее число других галактик. Северный полюс Галактики находится в созвездии Волосы Вероники (\( \alpha \)=12h49m, \( \delta \)=27o,4).
  13. Одна из таких галактик - это наша Галактика, видимая в виде Млечного Пути. Мы рассматриваем ее изнутри, поэтому она представляется в виде светлой полосы на ночном небе. Следующая галактика - это знаменитая туманность Андромеды. Ее интегральный блеск 4m,3 и она видна невооруженным глазом в виде светящегося пятнышка с наибольшим угловым размером 0o,25. Кроме этих галактик на южном небе хорошо видны спутники нашей Галактики Большое и Малое Магеллановы Облака.
  14. Самая близкая галактика - это спутник нашей Галактики Большое Магелланово Облако. От центра Галактики она находится на расстоянии 52 кпк. Видна в южном полушарии, в созвездии Золотой Рыбы.

    Несколько дальше находится другой спутник Галактики -Малое Магелланово Облако. Расстояние до него - 69 кпк. Эта галактика видна в созвездии Тукана. Обе галактики относятся к типу неправильных.

  15. Туманность Андромеды - ближайшая к нам спиральная галактика М 31. До нее 2184000 световых лет или 670 кпк. Масса этой галактики 3,6*1011 масс Солнца, то есть она примерно в 1,5 раза более массивна, чем наша Галактика.
  16. Эта "река" - Магелланов поток, протяженное водородное облако, связывающее Галактику с Магеллановыми облаками и рядом карликовых галактик. Общая масса облака составляет, вероятно, более тысячи масс Солнца. На небесной сфере Магелланов поток тянется от созвездия Пегаса к созвездию Скульптора через южный галактический полюс.
  17. Эллиптические галактики имеют красноватый цвет, а спиральные - голубой. Цвет определяется суммарным цветом звезд. Эллиптические галактики содержат преимущественно холодные красные звезды. Голубой цвет спиральных рукавов спиральных галактик определяется горячими молодыми звездами.
  18. Данные о вращении спиральных галактик указывают на то, что в галактиках, кроме видимого звездного вещества, существует невидимое ни в одном спектральном диапазоне вещество, так называемая скрытая масса. Одно из предположений о природе этого вещества заключается в том, что оно состоит из очень слабо взаимодействующих с обычным веществом элементарных частиц: легких с массой 10-14-10-10 масс протона, и тяжелых, с массой 1-1000 масс протона.
  19. Звезды образуются в спиральных и неправильных галактиках, которые имеют большие запасы газа. В эллиптических галактиках звездообразование не происходит, так как весь газ в них уже израсходован.
  20. Две галактики, движущиеся относительно друг друга по замкнутым орбитам, называются двойными. Влияние других галактик на такую пару будет мало. В настоящее время известно несколько сотен тысяч таких пар галактик. Среди них встречаются почти соприкасающиеся галактики.
  21. Галактики образуют облака, называемые скоплениями, которые содержат от десятков до десятков тысяч членов. Размер скоплений галактик порядка 10 Мпк. Ближайшее скопление галактик видно в созвездии Девы. До него 40 миллионов световых лет, а на небесной сфере оно занимает площадь 40oх40o. В него входит 203 ярких галактики и тысячи гораздо более слабых. В настоящее время известно около 7000 скоплений галактик.

    Местная Группа - это скопление галактик, в которое входит наша Галактика со своими спутниками - карликовыми галактиками, галактика в Андромеде (М 31) и еще полтора десятка карликовых галактик. Диаметр Местной Группы - 3 миллиона световых лет. Центр Местной Группы находится в направлении туманности Андромеды.

  22. По наблюдениям скоростей звезд предполагается, что в центрах близких галактик М 31 и М 32 находятся черные дыры с массой от 10 до 100 миллионов Солнц. В центре нашей Галактики тоже находится компактный объект массой около 4*106 масс Солнца. По мнению ученых, скорее всего, это черная дыра, хотя и не исключено наличие концентрированного звездного скопления.
  23. Активность галактик проявляется в истечении газа или сильном радиоизлучении ядра. Извержение газа составляет около одной солнечной массы в год.

    В прошлом активных галактик было намного больше. Полагают, что квазары представляют собой весьма активные галактики, находящиеся на космологических расстояниях. Ядром квазара может быть черная дыра, превосходящая Солнпе по массе в миллиарды раз. Квазары излучают во всем электромагнитном диапазоне с огромной мощностью.

  24. Первый открытый квазар 3C 273 оказался и самым близким из всех. Он находится на расстоянии в миллиард световых лет. Его красное смещение z=0,16. Этот квазар, по- видимому, является черной дырой массой 2,5 миллиарда масс Солнца, ежегодно поглощающей из внешней среды 25 солнечных масс вещества.
  25. Размер источника излучения не должен в этом случае превышать 10 световых лет, то есть расстояние, которое проходит свет от дальнего края до ближнего края объекта за 10 лет. Оценка размеров не зависит от механизма изменения блеска.
  26. Линии в спектрах далеких галактик смещены в сторону длинных волн. Это явление получило название метагалактического красного смещения. Оно интерпретируется, согласно принципу Доплера, как увеличение средних расстояний между галактиками. Причиной этого является, по современным воззрениям, огромный взрыв, происшедший 10-20 миллиардов лет назад и приведший к разбеганию галактик. По новым данным, взрыв мог произойти в более близкое для нас время.
  27. Основная сила в космосе - это гравитация, которая стремится собрать все вещество. Равновесие при действии только сил тяготения невозможно. В зависимости от величины начальной скорости вещество может неограниченно расширяться или расширяться с замедлением.
  28. В космологическом расширении не участвуют гравитационно связанные системы (Солнечная система, галактика, скопления галактик). Поэтому в первых трех случаях космологическое расширение не влияет на расстояния между Землей и указанными объектами.
  29. Если средняя плотность вещества Вселенной будет меньше критической плотности \( \rho \)кр=3*10-27 кг/м3, то Вселенная будет бесконечно расширяться. Современные оценки средней плотности видимого вещества дают значение \( \rho \)=3*10-28 кг/м3. Учет скрытой массы увеличит эту величину. Таким образом, вопрос о будущем Вселенной еще не решен. Важные характеристики Вселенной (\( \rho \), \( \rho \)кр) не определены с достаточной точностью.
  30. Фоновое внегалактическое тепловое излучение с температурой 2,7 К, являющееся результатом Большого Взрыва, называется реликтовым излучением. Реликтовое излучение изотропно только в системе отсчета, связанной с "разбегающимися" галактиками. В системе отсчета, связанной с движущейся Землей, реликтовое излучение анизотропно. Наблюдения интенсивности реликтового излучения позволяют фиксировать движение Земли вокруг Солнца, движение Солнца в Галактике и движение Галактики в направлении к скоплению галактик в созвездии Девы.
  31. По массе во Вселенной больше всего водорода (77,4%)) и гелия (20,8%). Водород и гелий образовались через 5 минут после начала Большого Взрыва.
  32. В больших масштабах (больше 300 Мпк) вещество Метагалактики однородно. В меньших масштабах Метагалактика резко неоднородна, так как состоит из отдельных космических объектов и их систем (планеты, звезды, галактики, скопления галактик).
  33. Космические объекты образуют системы. Планеты и спутники вместе с Солнцем составляют Солнечную систему. Звезды, их скопления, газовые и пылевые туманности образуют Галактику. Большая часть галактик входит в состав скоплений галактик. Следующая ступень иерархии космических объектов - гигантские ячейки, стенки которых созданы сверхскоплениями галактик. Внутри ячеек галактик мало. Более крупных структур видимого вещества в Метагалактике не обнаружено.
  34. Доступная наблюдениям часть Вселенной - конечна. Радиус наблюдаемой Вселенной определяется расстоянием, которое свет прошел с момента Большого Взрыва до наших дней. Наблюдаемые границы Метагалактики определяются положением наблюдателя.
  35. Это может сделать любой человек, наблюдая звездное Чем дальше от нас расположены звезды или галактики, тем дольше от них идет свет и в тем более далекое прошлое можно заглянуть. Так, самую близкую к нам звездную группу а Центавра мы видим такой, какой она была 4,3 года назад. Туманность Андромеды имеет такой вид, какой она была 2,184 миллиона лет назад.
  36. Под возрастом Вселенной обычно понимается продолжительность нынешнего этапа ее развития, начавшегося с Большого Взрыва 10-20 миллиардов лет назад. Однако существует предположение, что во Вселенной кроме сил всемирного тяготения есть и силы отталкивания. Из-за действия последних в расширении могла бы наступить квазистатическая фаза, когда силы тяготения компенсировались силами отталкивания. Продолжительность такой фазы могла быть 50 миллиардов лет.
  37. В результате гравитационного взаимодействия звезд, галактики разрушаются со временем. Звезды постепенно покидают галактики, а их центральные части сжимаются и превращаются в сверхмассивные черные дыры. Процесс дезинтеграции галактик должен закончиться через 1019 лет. Звезды к тому времени давно погаснут.
  38. Эволюция вещества во Вселенной имеет необратимый характер. Доказательством этого является существование звезд, в которых происходит необратимый процесс превращения водорода в более тяжелые элементы.


Предыдущая  Вверх  Следующая 

Rambler's Top100 Яндекс цитирования