ФІЗИЧНА ПРИРОДА СОНЦЯ

Сонце є центральним тілом нашої планетної системи і найближчою до нас зіркою.

Середня відстань Сонця від Землі дорівнює 149,6*10 6 км,його діаметр у 109 разів більший за земний, а обсяг у 1300 000 разів більший за обсяг Землі. Оскільки маса Сонця становить 1,98*10 33 г(333000 мас Землі), то відповідно до його обсягу знаходимо, що середня щільність сонячної речовини дорівнює 1,41 г/см 3 (0,26 середньої густини Землі). За відомими значеннями радіусу та маси Сонця можна визначити, що прискорення сили тяжіння на його поверхні досягає 274 м/сек 2 , або у 28 разів більше, ніж прискорення сили тяжіння на поверхню Землі.

Сонце обертається навколо осі проти ходу годинникової стрілки під час спостереження з північного полюса екліптики, т. е. у тому напрямі, у якому обертаються навколо нього всі планети. Якщо дивитися на диск Сонця, то його обертання відбувається від східного краю диска до західного. Вісь обертання Сонця нахилена до площини екліптики під кутом 83 °. Але Сонце обертається не як тверде тіло. Сидеричний період обертання його екваторіальної зони дорівнює 25 добу,близько 60 ° геліографічної (відрахованої від сонячного екватора) широти він становить 30 добу,а у полюсів досягає 35 добу.

При спостереженні Сонця в телескоп помітно ослаблення його яскравості до країв диска, оскільки через центр диска проходять промені, що з більш глибинних і гарячих частин Сонця.

Шар, що лежить на межі прозорості речовини Сонця і випромінює видиме випромінювання, називається фотосферою. Фотосфера не є рівномірно яскравою, а виявляє зернисту будову. Світлі зерна, що вкривають фотосферу, називаються гранулами. Гранули – нестійкі утворення, тривалість їх існування – близько 2-3 хв,а розміри коливаються в межах від 700 до 1400 км. На поверхні фотосфери виділяються темні плями та світлі області, які називають факелами. Спостереження за плямами та смолоскипами дозволили встановити характер обертання Сонця та визначити його період.

Над поверхнею фотосфери розташована сонячна атмосфера. Її нижній шар має товщину близько 600 км.Речовина цього шару вибірково поглинає світлові хвилі таких, довжин, які вона сама здатна випромінювати. При перевипромінюванні відбувається розсіювання енергії, що є безпосередньою причиною появи основних темних фраунгофероних ліній у спектрі Сонця.

Наступний шар сонячної атмосфери – хромосфера має яскраво-червоний колір і спостерігається при повних сонячних затемненнях у вигляді червоного кільця, що охоплює темний диск Місяця. Верхня межа хромосфери постійно хвилюється, і тому її товщина коливається від 15000 до 20000 км.

З хромосфери викидаються протуберанці - фонтани розпечених газів, які видно неозброєним оком під час повних сонячних затемнень. Зі швидкістю 250-500 км/секвони піднімаються від поверхні Сонця на відстані, рівні в середньому 200 000 км, адеякі з них досягають висоти до 1500 тисяч км.

Над хромосферою розташована сонячна корона, видима при повних сонячних затемненнях у вигляді навколишнього Сонця сріблясто-перлинного ореолу.

Сонячну корону поділяють на внутрішню та зовнішню. Внутрішня корона простягається до висоти близько 500 000 кмі складається з розрідженої плазми – суміші іонів та вільних електронів. Колір внутрішньої корони подібний до сонячного, а випромінювання її являє собою світло фотосфери, розсіяний на вільних електронах. Спектр внутрішньої корони відрізняється від сонячного спектру тим, що в ньому не спостерігаються темні лінії поглинання, але зате спостерігаються на тлі безперервного спектру лінії випромінювання, найбільш яскраві з яких належать багаторазово іонізованого залозу, нікелю і деяким іншим елементам. Так як плазма дуже розріджена, то швидкість руху вільних електронів (а відповідно і їхня кінетична енергія) настільки велика, що температура внутрішньої корони оцінюється приблизно в 1 млн. градусів.

Зовнішня корона простягається до висоти більш ніж 2 млн. дол. км.До її складу входять дрібні тверді частинки, які відбивають сонячне світло і надають їй світло-жовтий відтінок.

В останні роки було встановлено, що сонячна корона поширюється значно далі, ніж передбачалося раніше. Найбільш віддалені від Сонця частини сонячної корони - надкорона - простягаються межі земної орбіти. По мірі віддалення від Сонця температура надкорони поступово знижується, але в відстані Землі становить приблизно 200 000°

Надкорона складається з окремих розріджених електронних хмар, "вморожених" в магнітне поле Сонця, які з великими швидкостями рухаються від нього і досягаючи верхніх шарів земної атмосфери, іонізують і нагрівають її, тим самим впливаючи на кліматичні процеси.

Міжпланетний простір у площині екліптики містить дрібний пил, що виробляє явище зодіакального світла. Це явище полягає в тому, що навесні після заходу Сонця на заході або восени перед сходом Сонця на сході іноді спостерігається слабке сяйво, що виступає з-під обрію у вигляді конуса.

Спектр Сонця є спектром поглинання. На тлі безперервного яскравого спектру розташовуються численні темні лінії (фраунгоферові). Вони виникають при проходженні променя світла, що випускається розпеченим газом через холодніше середовище, утворене тим самим газом. У цьому місці яскравої лінії випромінювання газу спостерігається темна лінія його поглинання.

Кожен хімічний елемент має властивий тільки йому лінійний спектр, тому за видом спектра можна визначити хімічний склад тіла, що світиться. Якщо ж випромінююче світло речовина є хімічною сполукою, то її спектрі видно смуги молекул та його сполук. Визначивши довжини хвиль всіх ліній спектру, можна встановити хімічні елементи, що утворюють випромінюючу речовину. За інтенсивністю спектральних ліній окремих елементів судять про кількість атомів, що їм належать. Тому спектральний аналіз дозволяє вивчати як якісний, а й кількісний склад небесних світил (точніше, їх атмосфер) і є найважливішим методом астрофізичних досліджень.

На Сонці виявлено близько 70 відомих на Землі хімічних елементів. Але в основному Сонце складається з двох елементів:

водню (близько 70% за масою) та гелію (близько 30%). З інших хімічних елементів (всього 3%) найбільшого поширення мають азот, вуглець, кисень, залізо, магній, кремній, кальцій та натрій. Деякі хімічні елементи, наприклад хлор та бром, на Сонці ще не виявлені. У спектрі сонячних плям знайдено також смуги поглинання хімічних сполук: ціана (СN), окису титану, гідроксилу (ВІН), вуглеводню (СН) та ін.

Сонце є грандіозним джерелом енергії, що безперервно розсіює світло і тепло по всіх напрямках. На Землю надходить близько 1:2000000000 всієї випромінюваної Сонцем енергії. Кількість енергії, що отримується Землею від Сонця, визначається за значенням сонячної постійної. Сонячною постійною називається кількість енергії, одержуваної за хвилину 1 см 2 поверхні, розташованої межі земної атмосфери перпендикулярно до сонячним променям. У заходах теплової енергії сонячна постійна дорівнює 2 кал/см 2 *хв,а в системі механічних одиниць вона виражається числом 1,4-106 ерг/сек см 2 .

Температура фотосфери близька до 6000 ° С. Вона випромінює енергію майже як абсолютно чорне тіло, тому ефективну температуру сонячної поверхні можна визначити за допомогою закону Стефана-Больцмана:

г
де Е - кількість енергії в ергах, що випромінюється в 1 сек. 1 см 2 сонячної поверхні; =5,73 10 -5 ерг/сек* град^4 см 2 - постійна, встановлена ​​з досвіду, та Т - абсолютна температура у градусах Кельвіна.

Кількість енергії, що проходить через поверхню кулі, описаної радіусом 1 а. е. (150 10" см),одно е=4*10 33 ерг/сек* см 2 . Ця енергія випромінюється всією поверхнею Сонця, тому, розділивши її величину на площу сонячної поверхні, можна визначити значення Ета обчислити температуру поверхні Сонця. Виходить E=5800°К.

Існують і інші методи визначення температури поверхні Сонця, але вони різняться за результатами їх застосування, оскільки Сонце випромінює не зовсім як абсолютно чорне тіло.

Безпосереднє визначення температури внутрішніх частин Сонця неможливе, але з наближенням до його центру вона має швидко зростати. Температура в центрі Сонця обчислюється теоретично з умови рівноваги тиску та рівності приходу та витрати енергії у кожній точці обсягу Сонця. За сучасними даними, вона сягає 13 млн. градусів.

За температурних умов, що мають місце на Сонці, вся його речовина знаходиться в газоподібному стані. Оскільки Сонце перебуває в тепловій рівновазі, то в кожній його точці повинні компенсуватися сила тяжіння, спрямована до центру, та сили газового та світлового тиску, спрямовані з центру.

Висока температура і великий тиск у надрах Сонця обумовлюють багаторазову іонізацію атомів речовини і значну її щільність, що ймовірно перевищує 100 г/см 3 , хоча й у умовах речовина Сонця зберігає властивості газу. Численні дані приводять до висновку про те, що протягом багатьох мільйонів років температура Сонця залишається незмінною, незважаючи на велику витрату енергії, що викликається випромінюванням Сонця.

Основним джерелом сонячної енергії є ядерні реакції. Одна з найімовірніших ядерних реакцій, звана протон-протонною, полягає у перетворенні чотирьох ядер водню (протонів) на ядро ​​гелію. При ядерних перетвореннях виділяється велика кількість енергії, що проникає до сонячної поверхні та випромінюється у світовий простір.

Енергію випромінювання можна підрахувати за відомою формулою Ейнштейна: Е = транспорт 2 , де Е - енергія; т - маса і з - швидкість світла у порожнечі. Маса ядра водню становить 1,008 (атомних одиниць маси), тому маса 4 протонів дорівнює 4 1,008 = 4,032 а. е. м.Маса ядра гелію, що утворився, становить 4,004. а. е. м.Зменшення маси водню на величину 0,028 а. е. м.(це становить 5*10 -26 г) призводить до виділення енергії, що дорівнює:

Про
Загальна потужність випромінювання Сонця становить 5 * 10 23 л. с. Внаслідок випромінювання Сонце втрачає 4 млн. тречовини за секунду.

На даний момент задовільної теорії виникнення та еволюції галактик не існує. Є кілька конкуруючих гіпотез, що пояснюють це, але кожна має свої серйозні проблеми. Згідно з інфляційною гіпотезою, після виникнення перших зірок у Всесвіті почався процес гравітаційного об'єднання їх у скупчення і далі в галактики. Останнім часом ця теорія поставлена ​​під сумнів. Сучасні телескопи здатні "зазирнути" так далеко, що бачать об'єкти, що існували приблизно через 400 тис. років після Великого вибуху. Виявилося, що і на той момент вже існували цілком сформовані галактики. Передбачається, що між виникненням перших зірок і вищевказаним періодом розвитку Всесвіту пройшло дуже мало часу, і згідно з теорією Великого вибуху, галактики сформуватися просто не встигли б.

Інша поширена гіпотеза у тому, що у вакуумі постійно відбуваються квантові флуктуації. Відбувалися вони і на початку існування Всесвіту, коли йшов процес інфляційного розширення Всесвіту, розширення з надсвітловою швидкістю. Це означає, що розширювалися і самі квантові флуктуації, причому до розмірів, можливо, у багато разів перевищують свій початковий розмір. Ті з них, які існували в момент припинення інфляції, залишилися «роздутими» і таким чином виявилися першими неоднорідностями, що тяжіють у Всесвіті. Виходить, що матерія мала близько 400 тис. років на гравітаційне стиснення навколо цих неоднорідностей і утворення газових туманностей. А далі розпочався процес виникнення зірок та перетворення туманностей на галактики.

Астрономи пов'язують утворення зірок з конденсацією в міжзоряному середовищі дифузного розрядженого газово-пилового середовища. У 1939 році було встановлено, що джерелом зіркової енергії є термоядерний синтез, що відбувається в надрах зірок. У надрах чотири протона з'єднуються через ряд проміжних етапів в одну альфачастицю (ядро гелію). Щороку в Галактиці "вмирає" щонайменше одна зірка, оскільки в неї вичерпується запас ядерного палива. Отже, щоб зоряне плем'я не виродилося, необхідно, щоб стільки ж зірок утворювалося в нашій Галактиці. Для того, щоб протягом довгого часу Галактика зберігала незмінним розподіл зірок за класами світності, температури, в т.ч. за спектральними класами, необхідно, щоб у ній автоматично підтримувалася динамічна рівновага між зірками, що народжуються і гинуть. У Галактиці час життя зірки з масою менше сонячної більше, ніж більшої зірки, оскільки термоядерні процеси при більшому тиску та вищій температурі йдуть швидше. Чим більша маса зірки, тим менше вона існує як зірка – тим менше вона живе.

Сучасна астрономія має у своєму розпорядженні велику кількість аргументів на користь утворення зірок шляхом конденсації хмар газово-пилового міжзоряного середовища. Тому кількість зірок у рукавах галактик більше, ніж у міжрукавних просторах, та й свічення зірок у рукавах яскравіше, там нерідко відбуваються спалахи наднових зірок. Передбачається, що спалах наднової пов'язана з тим, що на ній починає "горіти" гелій, в результаті термоядерного синтезу ядер гелію утворюються ядра вуглецю. При гелієвій реакції термоядерної енергії виділяється більше, ніж за водневої. Така зірка буквально вибухає, скидаючи із себе частину атмосфери, що складається з водню.

Щоб пройти ранню стадію еволюції, протозіркам потрібно порівняно небагато часу. Якщо, наприклад, маса протозірки більша за сонячну, потрібно лише кілька мільйонів років, а якщо менше, то кілька сотень мільйонів років. Так як час еволюції протозірок порівняно невеликий, цю ранню фазу розвитку зірок виявити дуже важко. На цій першій стадії еволюції протозірка збирає газоподібний водень та пил з галактичних хмар, через що маса її збільшується, воднева атмосфера стає все більш потужною, тиск у нижньому шарі атмосфери протозірки зростає. Нарешті, тиск атмосфери та її температура на протозірці стають такими, що починається термоядерна реакція синтезу гелію з водню. У цей момент протозірка перетворюється на зірку. Вона перестає стискатися, хоч і продовжує захоплювати водень з галактичних хмар. Її обсяг і випромінювання підтримується термоядерними реакціями, що у нижніх областях атмосфери.

Час рівноважного світіння зірки визначається її первісною масою та надходженням водню з навколишнього простору. Якщо надходження водню на зірку збільшується, вона розгорається яскравіше, якщо потік водню знижується, то світіння зірки зменшується до повного припинення, у своїй зірка згасає. Але якщо надходження водню знову збільшується, то зірка може спалахнути знову, у її атмосфері знову йде синтез гелію, що накопичується у нижніх шарах атмосфери зірки. Якщо ядер гелію накопичиться дуже багато, то тиск і температура в нижньому шарі атмосфери гелію досягнуть такої величини, що почнеться синтез ядер вуглецю з ядер гелію. При цьому енергії виділиться стільки, що станеться вибух, перехід зірки з водневого палива на гелієве спричинить спалах наднового. При цьому значна кількість водню буде викинута в навколишній простір. Навколо гелієвої зірки утворюється сферична хмара – міхур, у центрі якого випромінюватиме енергію яскрава гелієва зірка.

Вигоряння водню відбувається, а приплив його послаблюється, оскільки зірка потрапляє у міжрукавний простір галактики. Рано чи пізно за недостатнього надходження ззовні водень на зірці майже весь вигорить, вірніше, його залишиться ще багато, але тиск і температура в зоні термоядерної реакції знизиться, і припиниться реакція. У цьому випадку зірка просто згасне. Охолоджувальна атмосфера при цьому почне стискатися під дією сил гравітації, не врівноважених виділенням теплової енергії. При стисненні температура водню і гелію, що залишився, буде підвищуватися, утворюється дуже щільна гаряча область, що складається з гелію з невеликою домішкою більш важких елементів. У цій щільній гарячій області ядерні реакції не відбуватимуться, але вони досить інтенсивно протікатимуть на периферії ядра зірки – порівняно тонкому шарі. Світність зірки та її розміри знову почнуть зростати. Зірка при цьому ніби розбухне і почне перетворюватися на червоного гіганта.

Після того як температура щільного гелієвого ядра зірки червоного гіганта, що стискається, досягне 100–150 млн. градусів Кельвіна, там почне йти нова ядерна реакція: утворення ядра вуглецю з трьох ядер гелію. Щойно розпочнеться ця реакція, стиснення атмосфери зірки знову припиниться.

Під час вибуху зірка скидає значну частину своєї атмосфери; цей процес називається утворенням планетарних туманностей. Коли відокремиться зовнішня оболонка зірки, оголюються її внутрішні дуже гарячі шари. При цьому скинута оболонка буде розширюватися, все далі і далі відлітаючи від зірки. Такі явища виявлені у Космосі та відображені на фотографіях.

Потужне ультрафіолетове випромінювання зірки – ядра планетарної туманності іонізуватиме атоми в скинутій оболонці, збуджуючи їх свічення. Спектр цього світі пов'язаний з атомарним складом планетарної туманності. Через кілька десятків тисяч років оболонка навколо зірки розсіється, і залишиться лише невелика дуже гаряча щільна зірка. Поступово, повільно остигаючи, вона перетвориться на білого карлика, а той, зрештою, стане чорним карликом – суперпланетою з дуже високою щільністю. Чорні карлики – це "мертві", охололі тіла дуже великої щільності, вони в мільйони разів щільніші за воду. Їх розміри можуть бути меншими за розміри земної кулі, хоча маси їх можна порівняти з сонячною масою. Процес охолодження білих карликів триває багато сотень мільйонів років. Так, мабуть, помирає більшість зірок.

Таким чином, білі карлики ніби визрівають усередині зірок червоних гігантів і з'являються на світ після відокремлення зовнішніх шарів атмосфери гігантських червоних зірок. В інших випадках скидання зовнішніх шарів може відбуватися шляхом утворення планетарних туманностей, а шляхом поступового закінчення атомів. Так чи інакше білі карлики, у яких ядерні реакції синтезу гелію з водню припинилися, світять завдяки реакції синтезу вуглецю з гелію. Білі карлики поступово знижують світіння у міру витрати запасів гелію і переходять у стан невидимих ​​чорних карликів. Справа в тому, що у просторі галактик гелієві зірки не можуть поповнити запас свого ядерного палива – гелію. Там його просто немає або є дуже мало.

Процес утворення зірок із міжзоряного газово-пилового середовища відбувався і в нашій Галактиці, він відбувається безперервно.

У процесі еволюції зірка повертає у міжзоряний простір значну частину своєї маси, спочатку у вигляді випромінювання та зоряного вітру з гарячої плазми, а потім у результаті утворення планетної туманності. З матерії, у тому числі з плазми та газу, викинутого зіркою, у Космосі знову утворюватимуться нові молоді зірки, які у свою чергу проходитимуть ті ж стадії розвитку та перетворюватимуться на чорних карликів. Одним словом, через зірки в галактиках здійснюється кругообіг матерії – речовини та енергії.

До проблеми еволюції галактик вчені почали серйозно підходити в середині 40-х років ХХ століття. Ці роки ознаменувалися рядом важливих відкриттів у зоряній астрономії. Вдалося з'ясувати, що серед зоряних скупчень, розсіяних та кульових, є молоді та старі, і вчені навіть змогли оцінити їхній вік. Потрібно було зробити своєрідну перепис населення галактиках різних типів і порівняти результати. У яких галактиках (еліптичних чи спіральних), у яких класах галактик переважають молодші чи старіші зірки. Таке дослідження дало б ясну вказівку на напрямок еволюції галактик, дозволило б з'ясувати еволюційний сенс класифікації галактик Хаббла.

Ось такі дивні об'єкти іноді потрапляють до об'єктиву Хаббла. Цей об'єкт навіть нагадує штучну (технічну) конструкцію. Насправді це, швидше за все, щось, утворене чорною діркою, навколо якої по одній круговій орбіті у вигляді "хоровода" обертаються яскраві зірки - вони у своїй сукупності утворюють вогняне кільце, а дві зірки з величезними швидкостями обертаються навколо неї по еліптичних орбітах більшого радіусу. При цьому ці дві зірки залишають слід з гарячого газу або плазми, що зірвався з їх атмосфер.

Еліптична галактика ESO 325-G004 у скупченні галактик Abell_S740.

Скупчення галактик. На передньому плані система з трьох гравітаційно пов'язаних взаємодіючих (а швидше за все, зіткнулися) галактик. Від цієї "триядерної" галактики відходять два слабо вигнуті рукави. Думаю, що всі галактики в цьому скупченні гравітаційно пов'язані один з одним і утворюють один із вузлів у структурі Метагалактики. Але про будову та життя Метагалактики на нашому сайті буде спеціальний розділ та сторінка.

Уявити цю галактику як наслідок зіткнення чотирьох галактик майже неможливо. Але якщо вважати, що видимі галактики – це породження гравітаційно пов'язаних один з одним чорних дірок, то можна вважати, що така складна освіта могла виникнути в результаті викидання протозірок із чотирьох чорних дірок, пов'язаних один з одним у гравітаційну систему. Кожна із цих чорних дірок формує свій спіральний диск.

Але колись астрономам треба було з'ясувати чисельне співвідношення між різними типами галактик. Безпосереднє вивчення фотографій, отриманих в обсерваторії Маунт Вілсон, дозволило Хаблу отримати такі результати: еліптичних галактик – 23%, спіральних – 59%, спіральних із перемичкою (баром) – 15%, неправильних – 3%. Однак у 1948 р. астроном Ю.І. Єфремов опрацював дані каталогу галактик Шеплі та Еймса і дійшов таких висновків: еліптичні галактики в середньому на 4 зіркові величини слабші за спіральні за абсолютною величиною. Серед них багато галактик карликів. Якщо зважити на цю обставину і зробити перерахунок кількості галактик в одиниці об'єму, то виявиться, що еліптичних галактик приблизно в 100 разів більше, ніж спіральних.

Більшість спіральних галактик – це галактики гіганти, більшість еліптичних галактик – галактики карлики. Звичайно, серед тих та інших існує певний розкид у розмірах, є еліптичні галактики гіганти та спіральні карлики, але тих та інших дуже мало.

У 1947 році Х. Шеплі звернув увагу на те, що кількість яскравих надгігантів поступово зменшується в міру переходу від неправильних галактик до спіральних, а потім до еліптичних. Виходило, що молодими були саме неправильні галактики та галактики з сильно розгалуженими гілками. Шеплі тоді ж висловив думку, що перехід галактик з одного класу до іншого відбувається необов'язково. Можливо, що галактики утворилися такими, якими ми їх спостерігаємо, а потім лише повільно еволюціонували в напрямку згладжування та округлення їх форм. Односпрямованої зміни галактик, ймовірно, не відбувається.

Х. Шеплі звернув увагу ще на одну важливу обставину. Подвійні галактики – це результат зіткнення і захоплення однієї галактики інший. Нерідко у таких парах співіснують спіральні галактики з еліптичними. Такі галактичні пари, ймовірно, разом і виникли. І тут припустити, що вони пройшли значно різний шлях розвитку, не можна.

1949 року Б.В. Кукаркін звернув увагу до існування як парних галактик, а й скупчень галактик. Тим часом вік скупчення галактик, судячи з даних небесної механіки, не може перевищувати 10–12 млрд. років. Отже, виходило, що у Метагалактиці практично одночасно утворилися галактики різних форм. Отже, перехід кожної галактики за час її існування з одного типу до іншого зовсім необов'язковий.

Можливі варіанти динаміки зірок у галактиках. Залежно від розміру протозірки і щільності навколишнього газового хмари утворюються зірки різного типу з різною долею. Зібравши потужну атмосферу з водню, зірка може стати гігантською зіркою, яка різко переходить від водневого джерела термоядерного синтезу до гелієвого, скидаючи оболонку невикористаного водню. Але може дійти вибуху наднової через стадію червоного гіганта. Можливий і третій тип динаміки, коли невелика воднева зірка потрапляє в щільну водневу хмару і отримує з неї водневе підживлення, продовжуючи своє життя. Фото із сайту: http://900igr.net

В.Б. Куракін у 1949 р. звернув увагу на існування у Всесвіті скупчень галактик.

Нагромадження галактик – це гравітаційно-пов'язані системи галактик, одні з найбільших структур у Всесвіті. Розміри накопичень галактик можуть досягати 10 трильйонів світлових років. Скупчення умовно поділяються на два види. Регулярні- Нагромадження правильної сферичної форми, в яких переважають еліптичні та лінзовидні галактики, з чітко вираженою центральною частиною. У центрах таких скупчень розташовані гігантські еліптичні галактики. Приклад регулярного скупчення - скупчення за сузір'ям Волос Вероніки. Іррегулярні- Скупчення без певної форми, за кількістю галактик поступаються регулярним. У скупченнях цього виду переважають спіральні галактики. Приклад - скупчення за сузір'ям Діви. Маси скупчень перевищують 10 трлн мас Сонця.

Борис Васильович Кукаркін (1909-1977) - радянський астроном. Фото із сайту: http://space-memorial.narod.ru Еліптична галактика на фото справа має величезні розміри. Між нею та спостерігачем розташувалася здвоєна невелика спіральна галактика з двома добре вираженими ядрами. У центрі еліптичної галактики є велике ядро. Імовірно, там є і чорна діра, вона концентрує навколо себе і поглинає газ. Однак, цей об'єкт не обертається і тому не має форми диска. Яскраві та не дуже яскраві зірки на цьому фото розташовані у нашій Галактиці. Зірки в еліптичній галактиці невиразні, а може їх там і немає зовсім.

Космогонічні концепції А.І. Лебединського та Л.Е. Гуревича

Створюючи свою гіпотезу, А.І. Лебединський виходив з таких основних припущень: 1 – галактики утворилися з розрідженої дифузної речовини, що заповнювала (і заповнювала) Метагалактику; 2 – галактики виникали неодночасно, тому деякі з них утворювалися, коли інші вже існували; 3 – умови у метагалактичному просторі під час формування галактик мало відрізнялися від сучасних. Масу газу, з якої утворилася галактика, А.І. Лебединський назвав протогалактикою. Він думав, що на початок стиснення стан протогалактики було квазистатическим, тобто майже незмінним. Потім якісь поступові кількісні зміни стану протогалактики (наприклад збільшення щільності) призвели до того, що вона почала стискатися. Цьому могли сприяти й втрати енергії молекул газу при зіткненні з твердими порошинками.

Далі стиснення протогалактики відбувається майже за Джинсом: спочатку сферична туманність обертається і сплющується, а стискаючись, починає обертатися все швидше, що призводить до її сплощення, до того ж нічим не обмеженого. Але протогалактика – це зовсім не еліптична туманність, тому що в ній немає зірок і ми не можемо її помітити.

Але на деякій стадії стиснення і сплощення в протогалактиці виникають згущення, спочатку великі, в тисячі світлових років діаметром, потім все більш і дрібніші. Найбільші дадуть потім початок зірковим хмарам, менші – зоряним скупченням, ще менші – зіркам. Освіта зірок відбувається шляхом гравітаційної конденсації. Зірки з'являються найбільш сплощених спіральних галактиках. Спіральні гілки виникають тому, що в сплощених системах це енергетично вигідно. При малому уплощении – такому, як і еліптичних галактик, – формування спіралей і зірок неможливе.

Астрофізик Олександр Ігнатович Лебединський. Фото із сайту: http://slovari.yandex.ru/ Теорію подальшої еволюції молодої спіральної галактики А.І. Лебединський розробив разом із Л.Э. Гуревич. Вони показали, що з утворенням зірок у галактиці починається перерозподіл моменту кількості руху, що виноситься з невеликими масами назовні. Система поділяється на центральну частину, ядро ​​та периферичну, сильно сплощену частину. Далі гравітаційні взаємодії зірок призводять до поступового зростання відхилення їх рухів від кругових і до розгойдування їх у напрямку, перпендикулярному екватору галактики. Галактика продовжує стискатися у напрямі її радіусів, але розширюється вздовж осі, через що сплющеність її дещо зменшується. Відбувається розкидання зірок із центральної частини галактики на всі боки. У цьому утворюється сферична підсистема. А в плоскій підсистемі продовжується утворення молодих зірок із дифузної матерії. Гравітаційні взаємодії зруйнують зоряні скупчення та асоціації, потім розпадуться зоряні хмари та спіральні гілки. Спіральна галактика, за Л.Е. Гуревичем та А.І. Лебединського, наприкінці еволюції має перетворитися на еліптичну. Через вичерпання дифузної матерії зореутворення має припинитися.

Ця теорія пояснила багато проблем - такі, як утворення міжзоряних магнітних полів і магнітних полів біля зірок, процеси прискорення заряджених частинок, утворення складних елементів структури. Космогонічна концепція А.І. Лебединського та Л.Е. Гуревича стала важливим етапом у розвитку космогонії галактик, але й у ній є слабкі сторони. По-перше, в ній постулювалося існування протогалактик, що ніким не спостерігалися (ні раніше, ні потім). По-друге, автори гіпотези не дали пояснення спіральній структурі галактик, обмежившись зауваженням про енергетичну вигідність цієї структури. Обговорення цього питання А.І. Лебединський обіцяв провести у другій частині своєї роботи. На жаль, ні він, не Л.Е. Гуревича так і не зробили цього, і друга частина роботи не була опублікована.

Роботу над цією проблемою продовжив 1958 року ленінградський теоретик Т.А. Агекян. Вивчивши еволюцію систем, що обертаються, взаємно притягуються тіл, що мають форму фігур рівноваги, Т.А. Агекян врахував можливість їх дисипації, тобто залишення системи окремими зірками.

Вимірюючи швидкості видалення сусідніх зірок один від одного, астрофізики встановили, що зірки, що входять в одну групу, нерідко рухаються так, ніби вони були викинуті з точки космічного простору. Це цілком узгоджується з моєю гіпотезою утворення ядер зірок внаслідок вибухів у чорних дірах. Зібравши навколо себе водневі атмосфери, ці фрагментаріїспалахують новими зірками. Зовсім недавно астрономи Л.Е. Гуревич та А.І. Лебединський створив теорію утворення про нових зірок. До цього астрономи вважали, що кожна зірка обов'язково має проходити через стадію «нової зірки» – спалахнути на короткий час надзвичайно яскраво надновою. Відповідно до теорії Л.Е. Гуревича та А.І. Лебединського, не всяка зірка може стати «надновою зіркою». Для того щоб зірка могла спалахнути, її надра повинні мати дуже велику температуру і тиск. Керуючись своєю теорією, вони передбачили спалах наднової зірки в сузір'ї Північна Корона, і цей спалах дійсно стався. Малюнок із сайту: http://russkoe-pervenstvo.narod.ru

Лев Еммануїлович Гуревич (1904-1990). Діапазон його творчості був дуже широким: проблеми фізичної кінетики, молекулярної фізики, фізики плазми. Фото із сайту: http://www.lomonosov-fund.ru/ Татеос Артемович Агекян (1913-2006). Радянський астроном , заслужений діяч науки Російської Федерації.

Теорія (гіпотеза) Великого вибуху

Всі гіпотези, які намагаються пояснити походження галактик, як аксіома використовують теорію Великого Вибуху, в результаті якого утворився Всесвіт. Згідно з цією теорією, весь Всесвіт утворився в результаті вибуху: спочатку сформувався гарячий "газ" з елементарних частинок, який, охолоджуючись при розширенні Всесвіту, утворював структури: атомні ядра, атоми, молекули; хмари цього газу потім стискалися під дією гравітації в галактики та зірки. На те, що з такої гіпотези Великого Вибуху випливають абсурдні висновки про кінцівку Всесвіту, чомусь не звертають особливої ​​уваги. Схоже, що ця гіпотеза, яку поспішили назвати теорією, просто засліпила уми більшості астрономів та астрофізиків.

Отже, що каже гіпотеза Великого вибуху. Під час ери випромінювання (згідно з цією гіпотезою, спочатку було світло!) тривало стрімке розширення космічної матерії, що складається з фотонів, серед яких зустрічалися вільні протони та електрони, і вкрай рідко – альфа частки. Фотонів було в мільярд разів більше, ніж протонів та електронів. У період ери випромінювання протони та електрони в основному залишалися без змін, зменшувалася лише їхня швидкість. З фотонами було набагато складніше. Хоча їх швидкість залишилася колишньою, протягом ери випромінювання гамма-фотони поступово перетворювалися на фотони рентгенівські, ультрафіолетові і фотони світла. Речовина і фотони до кінця цієї ери остигли настільки, що до кожного протону міг приєднатися один електрон. При цьому відбувалося випромінювання одного ультрафіолетового фотона або декількох фотонів видимого світла. Так утворювався атом водню і так виник водневий Всесвіт. Це була перша система частинок у Всесвіті. З появою атомів водню почалася зіркова епоха – епоха протонів і електронів.

Далі Всесвіт вступив у зіркову еру у формі водневого газу з величезною кількістю світлових та ультрафіолетових фотонів. Водневий газ розширювався у різних частинах Всесвіту з різною швидкістю. Неоднаковою була його щільність. Він утворював величезні згустки - багато мільйонів світлових років. Маса таких космічних водневих згустків була в сотні тисяч, а то й у мільйони разів більша, ніж маса нашої теперішньої Галактики. Розширення газу всередині згустків йшло повільніше, ніж розширення розрідженого водню між самими згущення. Пізніше з окремих ділянок за допомогою власного тяжіння утворилися надгалактики та скупчення галактик. Таким чином, найбільші структурні одиниці Всесвіту – надгалактики є результатом нерівномірного розподілу водню, який відбувався на ранніх етапах історії Всесвіту.

Колосальні водневі згущення - це зародки скупчень галактик: вони, згідно з гіпотезою, повільно оберталися. Усередині них утворювалися вихори, схожі на вири. Діаметр цих космічних вихорів сягав приблизно ста тисяч світлових років. Так утворилися системи – протогалактики, тобто. зародки галактик. Незважаючи на свої неймовірні розміри, вихори протогалактик були лише мізерною частиною надгалактик і за розміром не перевищували одну тисячну частку надгалактики. Сила гравітації утворювала з цих вихорів системи зірок, які ми називаємо галактиками.

Під дією сили тяжіння вихор, що обертається, стискався в кулю або (від обертання) в дещо сплюснутий еліпсоїд. Розміри такої правильної гігантської водневої хмари були від кількох десятків до кількох сотень тисяч світлових років. Якщо енергія сил гравітації, яка утримувала атом у протогалактиці, її периферії перевищувала його кінетичну енергію, атом ставав складовою галактики, якщо ні, залишав її. Ця умова називається критерієм Джинсу. З його допомогою можна визначити, якою мірою маса і величена протогалактики залежить від щільності та температури водневого газу. Чим холодніше була хмара, тим більше атомів залишалося в ньому.

Протогалактика, яка не оберталася, ставала родоначальницею кульової галактики. Сплющені еліптичні галактики народжувалися з протогалактик, що повільно обертаються. Через недостатню відцентрову силу в них переважала гравітаційна сила. Протогалактика стискалася і щільність водню в ній зростала. Щойно щільність досягала певного рівня, починали виділятися і стискатися згустки атомів водню, у тому числі народжувалися протозірки, які пізніше еволюціонували в зірки. Народження всіх зірок у кульовій або трохи плескатій галактиці відбувалося майже одночасно. Цей процес продовжується відносно недовго, приблизно сто мільйонів років. Це означає, що в еліптичних галактиках усі зірки приблизно однакового віку та дуже старі. В еліптичних галактиках весь водень було вичерпано відразу на початку зореутворення. Протягом наступного часу зірки в еліптичних галактиках не могли виникати. Таким чином, в еліптичних галактиках кількість міжзоряної речовини має бути мізерною.

Спіральні галактики, згідно з гіпотезою Великого Вибуху, складаються зі старої сферичної складової (яка схожа на еліптичні галактики) і з молодшої плоскої складової, до якої входять спіральні рукави. Між цими складовими існує кілька перехідних компонентів різного рівня сплюснутості, різного віку та швидкості обертання. Спіральні галактики обертаються значно швидше, ніж еліптичні галактики, тому що вони утворилися з швидко обертаються вихрів у ранньому Всесвіті. Тому у створенні спіральних галактик брали участь і гравітаційна, і відцентрова сили.

На кожен атом міжзоряного газу діяли дві сили – гравітація, що притягує його до центру галактики, та відцентрова сила, що виштовхує його у напрямку від осі обертання. Зрештою, газ стискався у напрямку до галактичної площини. В даний час міжзоряний газ сконцентрований в галактичній площині дуже тонкий шар. Він зосереджений насамперед у спіральних рукавах і є плоскою, або проміжною складовою, названою "зоряним населенням другого типу". На кожному етапі сплющування міжзоряного газу в дедалі більш тонкому диску народжувалися зірки.

Ця теорія-гіпотеза, на перший погляд, виглядає дуже переконливо, особливо коли підкріплена неабиякою кількістю математичних формул. Але він, як водиться, ховається не в формулах, а в вихідних припущеннях, що приймаються як аксіом. А одна з аксіом полягає у бездоказовому визнанні за факт припущення про те, що газова хмара почне обертатися сама по собі, і при цьому ще стискатиметься до центру. Гравітаційна взаємодія атомів водню між собою так мізерна, що вони можуть "злипнутися" в грудку лише за абсолютного нуля градусів Кельвіна – тобто. за повного припинення теплового руху. Для того, щоб газ водень почав стискатися, потрібне потужне джерело гравітації.

Гіпотеза секулярної еволюції галактик

Необхідно пояснити значення терміна "секуляризація". У першому наближенні секуляризазія - це відділення (поділ), здобуття незалежності. Термін «секуляризація» був уперше використаний 1646 р. Лонгвілем під час переговорів, що передували висновку Вестфальського світу, і означав можливість задоволення інтересів переможців за рахунок конфіскації монастирських володінь. Секуляризація (відібрання) церковного майна практикувалася європейськими монархами, а Росії досить широко використовувалося Петром I і Катериною II.

У XVII ст. почалася секуляризація науки від релігії, сформульовано принцип розділеності розуму і віри, світського і духовного начал. Незалежність світського початку наочно проявляється у політичної, наукової думки тієї епохи, а й у етиці, яку починають розглядати як світську, а чи не релігійну науку. Досі зі змінним успіхом триває боротьба за те, щоб на ділі відокремити церкву від держави, а школу від церкви.

Еліптичні галактики, на відміну спіральних, завжди вважалися однокомпонентними зірковими системами. Всі зірки еліптичної галактики начебто схожі одна на одну, мають однаковий вік, однакову металічності і розподілені в тривимірній сфероїдальній структурі, яка в проекції на площину неба може мати відношення видимих ​​осей від 1: 1 до 1: 3. Повертається більшість еліптичних галактик повільно ( у порівнянні з дисковими галактиками). Зірки в таких галактиках рухаються хаотично, як порошинки у повітрі, коли немає вітру. Це доводить висока дисперсія їх швидкостей та напрямів руху. Проте останнім часом виявились цікаві речі.

У 1988 р. у деяких еліптичних галактиках було виявлено кінематично виділені ядра, які оберталися значно швидше, ніж вся галактика. У переважній більшості еліптичних галактик помірної світності було зафіксовано «дископодібні» ізофоти навколо центральної частини. Д. Берстейн із цього приводу сказав: «Всередині всіх еліптичних галактик є невеликі диски». Виявлені в центрах еліптичних галактик диски виділяються і за їх хімічним складом – у них більше важких атомів.

Спіральна галактика NGC 4826. На вигляд галактики ніхто не міг припустити, що зовнішній газ диска обертається назустріч зіркам. Фото Дж. Гліссена (обсерваторія Кіт-Пік) взято із сайту: http://student.km.ru

Гіпотеза секулярної еволюції галактик стверджує, що газ «стікає» до центрів галактик. Д. Фрідлі і В. Бенц (1993) вважають, що якщо газ спочатку обертався в той же бік, що і зірки, то це стимулює зіркоутворення в ядрі галактики, а якщо газ «контрвертався», тобто обертався назустріч зіркам, то він у процесі стікання до центру виходить із площини галактики і стабілізується в обертовому, сильно нахиленому навколоядерному кільці, не добираючись до центру галактики. Але звідки може взятися газ, що обертається назустріч зіркам? Астрономи вважають, що постачання газу, що обертається, можливе при повільному злитті галактик. Наприклад, походження товстого зіркового диска у нашій Галактиці пов'язують із малим злиттям – поглинанням Галактикою свого супутника. Галактики з великими газовими дисками, що обертаються протилежно до обертання зірок, відомі і в найближчих околицях нашої Місцевої Групи галактик, наприклад, у спіральній галактиці NGC 4826 весь газ дружно змінює напрямок обертання на відстані 1 кпк від центру.

У п'яти найближчих галактиках виявили внутрішні полярні кільця з іонізованого газу: тут у межах кількох сотень парсек від центру галактик газ обертається в площині взагалі перпендикулярній площині обертання зірок. Це зовсім несподіване відкриття.

Ймовірно, кулясті галактики – це наймолодші галактики. У них чорна діра в центрі обертається ще дуже повільно і вона не захопила в круговий рух навколишній газ і пил, можливо тому, що маса цієї чорної діри недостатньо велика.

У міру того як центральне важке ядро ​​(чорна діра) в кулястій галактиці вбирає в себе пил і водень, воно (вона) починає обертатися все швидше і швидше, захоплюючи в це обертання і всю кулясту хмару, через що хмара починає сплющуватися. При досягненні критичної маси чорна діра починає викидати фрагментарії – згустки надщільної речовини, які за інерцією відлітають від центру галактики та затримуються на орбіті навколо нього. При цьому фрагментарії, володіючи високою гравітацією, збирають на себе частину газу та пилу з галактичних рукавів. Деякі фрагментарії при цьому стають чорними дірками, тому що їх маса і щільність дуже великі. Інші стають зірками, треті – планетами та супутниками планет.

Уявлення про шляхи освіти та еволюції галактик кардинально змінилися за останні 20 років. Астрономи та астрофізики зрозуміли, що швидше за все галактики «утворюються», тобто формуються і змінюють структуру протягом усього свого життя. Насамперед вони вважали, що галактики спочатку утворюються, а потім еволюціонують. Чому ж так змінилася парадигма?

Поки астрономи не поспішаючи спостерігали і вивчали галактики, космологи з теоретичних міркувань дійшли висновку, що всю гравітацію і, отже, динамічну еволюцію Всесвіту визначає небаріонна холодна темна матерія, яка починає «кучкуватися» під дією гравітаційної нестійкості, тобто розпадатися на які потім зливаються у великі, потім у дуже великі і так далі... А баріонна фракція (газ, в основному водень), маса якої всього 10%, повинна слідувати за темною матерією і теж фрагментувати і зливатися, зливатися, зливатися... Зірки ж утворюються «попутно», у процесі злиття структур. Таким чином, з надр космологічних висновків вийшла ієрархічна концепція формування галактик.

Ранні роботи космологів стверджували, що першими народилися маленькі спіральні галактики, а гігантські еліптичні з'явилися останніми – не більше 5 млрд років тому, внаслідок злиття малих спіральних галактик. У перший мільярд років життя Всесвіту, що утворився в результаті Великого Вибуху, могли утворюватися галактики з масою не більше 10 у 8-му ступені М?, у перші 6 млрд. років життя Всесвіту утворилися галактики з масою не більше 10 у 10-му ступені М ¤, а все масивніші утворилися ще раніше. Але спостерігачі за допомогою нових гігантських телескопів знайшли досить багато масивних галактик, з масою зоряної речовини більше 10 11-го ступеня М?, що утворилися набагато раніше 6 млрд. років тому. Виявилося, що населення гігантських еліптичних галактик, як у скупченнях, так і в розріджених околицях, сформувалося ~8 млрд. Років тому. Після цього космологи стали менш категоричними, але ієрархічна концепція формування галактик, як і раніше, продовжує панувати.

Галактика продовжує еволюціонувати постійно і під дією нестійкостей, як породжуваних ззовні, гравітаційною взаємодією з сусідами, так і під дією внутрішніх 4 факторів, властивих навіть ізольованим галактикам. Така «спокійна» еволюція галактик протягом усього їхнього життя отримала назву секулярної. Хоча вона і спокійна, але теж може призводити до істотних змін структури.

Розглянемо докладно основні механізми структурної еволюції галактик: внутрішні – гравітаційні нестійкості тонких холодних дисків (як зіркових, і газових); зовнішні - приливні взаємодії (за своєю природою теж гравітаційні), великі та малі злиття.

У моделях Д. Фрідлі та В. Бенца (1993, 1995) є цікава особливість: газ може досягти центру галактики тільки якщо він спочатку обертався так само, як і зірки. А якщо газ обертається в інший бік, то в процесі стікання до центру галактики він виходить із площини диска і утворює стійке кільце.

При близькому взаємодії галактик у яких виникають приливні структури – «мости», «хвости», протяжні спіральні рукави, «витягуються» гравітацією об'єкта, що обурює, з диска галактики, залученої у взаємодію. З'ясувалося також, що зовнішній гравітаційний вплив перетворює як зовнішні частини галактик: у внутрішніх областях диска виникає бар. Але зрештою весь газ впаде в центр галактики, і при цьому настане потужний спалах зіркоутворення.

Якщо газова протогалактична хмара еволюціонує на самоті, то з неї може утворитися тільки дискова галактика, тому що в цьому випадку галактиці нікуди подіти зайвий момент обертання газу. Це було однією з найсерйозніших проблем для класичних теорій формування галактик шляхом «монолітного колапсу», що розвивалися у 1970-ті роки.

При малих злитті на велику дискову галактику падає маленька галактика – супутник з масою, наприклад, 10% від великої галактики. Розрахунки показують, що з падінні, навіть під кутом до площині основного диска, супутник, після кількох ударів нього, втрачає вертикальну складову моменту руху, осідає у площину великого диска і починає «спіраліти» до його центру. Протягом приблизно 1 млрд. років він досягає центру хазяйської галактики, втративши у дорозі меншу частину своєї власної речовини. А що ж галактика-супутник приносить у центр? Більшість своїх зірок і газу, якщо спочатку він у неї був. Якщо ж спочатку у малій галактиці газу не було, все одно в результаті зіткнення вона сильно обурила газовий диск великої галактики, через що посилилася турбулентність, і, отже, збільшилася в'язкість у глобальному газовому диску. Зростання в'язкості означає інтенсивний перерозподіл моменту обертання і стрімкі радіальні течії газу до центру. Малі злиття теж повинні призводити до концентрації газу в ядрі галактики і до наступного спалаху зіркоутворення.

Механізми секулярної еволюції галактик призводять до концентрації газу в їхніх центрах і, як наслідок, до можливого спалаху зіркоутворення у цих центрах. Зірки, що утворилися знову в центрі галактики, швидше за все, розподіляться в компактному навколоядерному зірковому диску. І якщо ми хочемо знайти в близьких до нас галактиках наслідки їх секулярної еволюції, найрозумніше пошукати в центрах цих галактик компактні зіркові диски, що відрізняються від оточення (балджа, наприклад) молодшим віком і більшим вмістом металів, оскільки утворилися вони пізніше з речовини, що добре проеволюціонувала. . Але перші вражаючі відкриття навколоядерних зіркових дисків були зроблені в еліптичних галактиках там, де на них знайти ніхто не очікував.

Чисельне моделювання показує, що протягом близько мільярда років більшість газу эволюционирующего ізольованого галактичного диска накопичується у його центрі, не більше радіусу близько 1 кпк, причому у центрі з'являються великі щільності, й у них відбувається бурхливе звездообразование.

Ядра в галактиках виділяються і хімічно - за збільшеним вмістом важких атомів (Сільченко О.К., Афанасьєв В.Л., Власюк В.В. Астрономічний журнал, 1992, т. 69, с. 1121). У 7 із 12 вивчених цими авторами галактик було виявлено хімічно виділені ядра. Серед цих галактик з хімічно виділеними ядрами була одна еліптична, три лінзоподібні та три спіральні галактики. Пізніше цим авторам вдалося виявити кілька десятків галактик з хімічно виділеними ядрами. Різниця в середніх віках ядер в галактиках в щільному і розрідженому оточенні може бути пояснена тим, що в щільному оточенні ядерний спалах зіркоутворення протікав більш ефективно і закінчився в більш короткі терміни, ніж в ядрах ізольованих галактик.

Усі механізми секулярної еволюції галактик призводять до «стікання» газу центр галактики. А ось чи однозначно з цього випливає спалах зіркоутворення в центрі галактики? Д. Фрідлі та В. Бенц (1993) відповідають: ні, тільки якщо газ спочатку обертався в той самий бік, що й зірки. А якщо газ «контрвертався», тобто обертався назустріч зіркам, то він у процесі стікання до центру виходить з площини галактики і стабілізується в обертовому сильно нахиленому навколоядерному кільці, не добираючись до самого центру галактики.

Всі динамічні процеси перебудови галактик призводять до концентрації газу в їхньому центрі. Досліджуючи центральні області близьких галактик, навіть за допомогою щодо скромних спостережних засобів, які поки що доступні російським астрономам, можна відновити повну еволюційну історію видимої матерії у Всесвіті і сказати, чи мають рацію космологи, які зробили таку гарну, але поки що не цілком підтверджену схему, як ієрарх. концепція формування галактик.

Гіпотеза В.А. Амбарцумяна

В.А. Амбарцумян та його учні показали, що зіркоутворення у галактиках продовжується і в наш час. Тому спіральні і неправильні галактики можуть бути рясні молодими зірками не тому, що ці галактики самі молоді, а тому, що в них є умови для зіркоутворення, тоді як в еліптичних галактиках вони відсутні.

Б.В. Кукаркін зауважив, що в жодній еліптичній галактиці, навіть найстислішій, не виявлено сконцентрованої в екваторіальній площині міжзоряної дифузної речовини. Виявлені у яких дифузні включення концентруються до центру цих галактик. Навпаки, всі спіральні галактики багаті на сконцентровану в екваторіальній площині міжзоряну дифузну речовину, яка особливо чітко помітна, коли галактика видно з ребра.

Спіральні галактики бувають різні: більші і менші, а бувають і зовсім маленькі (за космічними масштабами). Одні з них щодо нас, спостерігачів, закручені праворуч, інші – ліворуч. У галактиках є ядра, рукави та міжрукавні простори. Складаються галактики з масивних космічних тіл – зірок, планет та чорних дірок, а також хмар газу та пилу.

Кільцеподібна галактика – об'єкт Хоага. На цій фотографії видно кілька галактик, що знаходяться значно далі за об'єкт Хоага. Фото із сайту: http://kapuchin.livejournal.com/191347.html Ядро цієї галактики скоро перестане отримувати водень із простору Метагалактики. Весь водень тепер перехоплює газо-пилове кільце, напхане зірками, планетами і вторинними чорними дірками.

У 1950 р. Арт Хоаг виявив незвичайний позагалактичний об'єкт. У його зовнішній частині знаходиться кільце, в якому переважають яскраві блакитні зірки, а в центрі знаходиться куля із білих та жовтих зірок. Між ними – пропуск, який виглядає майже повністю темним. Об'єкт Хоага має діаметр близько 100 000 світлових років і знаходиться від нас на відстані близько 600 мільйонів світлових років за сузір'ям Змії. Наразі виявлено кілька подібних об'єктів, вони вважаються однією з форм кільцеподібних галактик. Причиною їхньої появи могло бути зіткнення галактик і обурює гравітаційний вплив на звичайну спіральну галактику ядра з незвичайною формою та незвичайними властивостями. Фотографія ліворуч отримана космічним телескопом Хаббл в 2001 (R. Lucas. Hubble Heritage Team, NASA). Можна припустити, що спочатку ця галактика розвивалася за звичайним сценарієм: чорна діра зібрала навколо себе величезну газову хмару, розкрутила її в спіралі, потім з неї почали викидатися згустки надщільної речовини - фрагментарії, які вийшли врешті-решт на орбіту навколо чорної діри. . Але на якомусь етапі активність ядра цієї галактики різко зменшилася. Чорна діра в центрі її продовжувала поглинати речовину, яка, перш ніж впасти в цю дірку і стати невидимою, випромінює світло. А от зовнішні рукави під дією тяжіння "заспокоєного" ядра галактики утворили кільце, в якому все ще видно сліди колишньої спіральної структури. Цілком імовірно, це кільце не падає на ядро ​​тому, що дуже швидко обертається навколо ядра. Точніше, обертаються зірки та фрагментарії, що входять до складу цього кільця, а газ та пил, пов'язані гравітацією цих зірок, теж обертаються разом з ними, через що й не падають на ядро ​​галактики. Ймовірно, кільцеві галактики знаходяться в тих частинах Метагалактики, в яких концентрація газу та пилу надзвичайно низька.

За сузір'ям Центавра за 12 мільйонів світлових років від нас знаходиться лінзоподібна галактика Центавр А (NGC 5128). Після Магелланових хмар, галактики Андромеда та галактики Трикутника це найяскравіша з видимих ​​нами галактик. Якби ми могли сприймати радіовипромінювання, то ця галактика була б нам у вигляді двох величезних утворень – джетів, що виходять з її центру.

Центральна область галактики Центавр A оточена сумішшю молодих блакитних зоряних скупчень, гігантських хмар газу та значних темних пилових прожилок. Ці фотографії отримані в натуральному кольорі в променях ренгентів і радіо діапазоні на космічному телескопі Хаббл. Інфрачервоні зображення з Хабловского телескопа дозволили побачити в центрі цієї галактики диски речовини, яка рухаючись уздовж спіральних траєкторій, падає на чорну дірку. Центавр A, мабуть, є продуктом зіткнення двох галактик, речовина яких інтенсивно "заковтується" чорною діркою. Падаючи на цю дірку, перш ніж "зникнути" в ній, речовина випромінює величезні джети квантів рентгенівського випромінювання. Астрономи вважають, що саме такі центральні чорні дірки є джерелами жорсткого випромінювання. Потужний джет, що викидається з активного ядра галактики вгору і ліворуч, розтягнувся приблизно на 13 тисяч світлових років. Коротший викид виходить з ядра в протилежному напрямку. Ймовірно, активна галактика Центавр A виникла внаслідок злиття зі спіральною менш активною галактикою близько 100 мільйонів років тому.

Лінзоподібна галактика 509px-Ngc5866. Вона видно нам з ребра. Фото із сайту: http://ru.wikipedia.org/wiki/

Астрофізики кажуть, що "екзотичні" за сучасними стандартами чорні дірки є практично у всіх галактиках, а ось із "звичайними" чорними дірками чомусь в астрофізиці "напружини". Вважається, що чорні дірки з низькою масою формуються, коли масивні зірки досягають кінцевого етапу своєї еволюції і під час вибуху за типом наднової викидають у навколишній простір більшість речовини, з якої вони складаються. А щільне і компактне остигаюче ядро, що залишилося після них, поступово перетворюється на чорну дірку. Дослідники припускають також, що у нашому Всесвіті існує кілька мільйонів таких чорних дірок із низькою масою. Практично в кожній галактиці можна виявити такі невеликі чорні дірки, а часом навіть дещо одночасно. Однак виявити їх складно, оскільки вони не випромінюють ніякого світла, електромагнітних коливань, ніяких потоків частинок. Саме тому більшість чорних дірок досі залишаються не знайденими. Проте останніми роками астрономи зробили досить великий прогрес у цій галузі. За допомогою спеціальних наукових інструментів та особливих методик їм вдається виявляти все більше і більше чорних дірок у нашій Галактиці (поки що в основному у подвійних зіркових системах). Для виявлення звичайної чорної дірки у галактиці "Центавр А" астрономи використовували рентгенівський діапазон орбітального телескопа Чандра. На фотографії зліва видно галактика, що складається з розрідженого газу, щільність якого збільшується до її центру. Але ця галактика, видима нами в профіль, має тонкий диск, який складається з темної непрозорої речовини. Швидше за все, цей диск складається з фрагментаріїв, викинутих надщільним ядром (чорною діркою) галактики, що швидко обертається. Ці фрагментарії не змогли сформувати водневих атмосфер і стати зірками, тому й видно як темні тіла. Непогано було б поглянути на цю галактику у фас.

Висновок

У зачарування слід підвести підсумок всього вище викладеного у вигляді якогось узагальнюючого висновку, що виражає суть моєї гіпотези про структуру та динаміку галактик. На початку постулюємо, що Всесвіт вічний і нескінченний, що речовина його може знаходитися не тільки у звичному для нас вигляді світиться або світлої речовини, що складається з квантів, елементарних частинок, атомів, молекул, хмар газу і пилу, астероїдів, планет і зірок, але і в надщільному стані, який не дуже вдало назвали чорними дірками.

Чорні дірки - це не точки в просторі, куди зникає матерія, це - темні, не світяться і не відбивають падаючий на них світло тіла сферичної форми. Ці тіла повинні дуже швидко обертатися, і чим вони масивніші, тим швидше обертаються, сплющуючись на полюсах. Сила тяжіння на поверхні цих чорних "дзиґів" така, що впала на них речовина втрачає свою структуру і стискається до щільності ядра атома, а може, навіть більше. Ймовірно, кінетична і теплова енергія речовини, що впала на таке тіло, перетворюється на енергію обертання цього надщільного тіла, званого чорною діркою. Коли енергія обертання досягає певної межі, гравітація чорної діри вже не в змозі утримати речовину, і вона починає відриватися на екваторі і, немов ядро, пущене з жахливого пращу, летить від чорної діри геть. Такі ядра (назвемо їх «фрагментарії»

У центрі спіральних галактик знаходяться надщільні об'єкти, що викидають згустки надщільної речовини - фрагментарії. Викинуті з ядра галактики (точніше, з чорних дірок в ядрі) згустки надщільної речовини у власному гравітаційному полі набувають форми куль. Але власної гравітації цих тіл не вистачає для того, щоб утримувати речовину в стані колишньої щільності, якою вона була в чорній дірі. Відбувається розущільнення речовини в цих тілах, через що об'єм їх збільшується, а з протонів і нейтронів надщільного згустку при його розущільненні, можливо, утворюються важкі ядра хімічних елементів. Подальше розущільнення речовини призводить до того, що навколо ядер атомів утворюються електронні оболонки і стають атомами важких металів.

На цій стадії еволюції космічні надщільні тіла (фрагментарії)формують свої зовнішні оболонки з газу та пилу, захоплюючи їх з галактичних хмар, через які пролітають і в які занурюються, викинуті з ядра галактики - з чорної діри, що знаходиться в її центрі. Масивні фрагментарі формують довкола себе потужні атмосфери з водню і надалі стають зірками, коли в їх глибинах починаються термоядерні реакції синтезу ядер гелію з ядер водню. Деякі особливо масивні фрагментарії, рухаючись від центру галактики до її периферії, так і залишаються малими чорними дірками - чорними дірками другого порядку. Вони теж збирають водень і пил з галактичних хмар, але гравітація їх така велика, що ці газ і пил, падаючи на ці вторинні чорні дірки, перетворюються на надщільну речовину і оптично як би "зникають у цих дірах". Фрагментарії менше вторинних чорних дірок трохи розущільнюються і стають ядрами майбутніх нейтронних зірок, треті - розущільнюються сильніше і стають ядрами звичайних жовтих зірок, четверті - з меншою початковою масою і, отже, меншою гравітацією - не можуть утримувати дуже великі а планетами. Як побачимо надалі, ядра у всіх планет і великих кулястих супутників планет важкі, металеві – залізні, як стверджують планетологи.

Таким чином, згідно з моєю гіпотезою, зірки та планети справді захоплювали своєю гравітацією хмари газу та пилу з рукавів галактик, але самі по собі ці хмари не перетворювалися ні на зірки, ні на планети та їхні супутники. Початковим джерелом гравітації, що організують газ і пил Космосу в зірки та планети, є надщільна речовина, викинута з чорних дірок у центрах галактик – фрагментарії. Початкова маса цих згустків надщільної речовини своєю кількістю несе інформацію про те, чи буде космічне тіло, що формується, чорною діркою другого порядку, нейтронною зіркою, жовтою зіркою або планетою. Рухаючись у галактиці, космічні тіла гравітаційно взаємодіють один з одним і утворюють гравітаційні системи: подвійні та потрійні зірки, планетні системи навколо зірок, планетні системи із центральної масивної планети та її супутників.

У всякому разі, в ядрах всіх кулястих космічних об'єктів знаходиться або знаходилося в початковий момент їх існування надщільну речовину, яка і створила поле тяжіння. Неправильну (некулясту) форму мають космічні тіла, утворені не з надщільної, а зі звичайної речовини, в результаті повного або часткового руйнування планет та їх супутників. Надщільну речовину в лабораторних умовах отримати неможливо, тому ми можемо тільки здогадуватися про її властивості, порівнюючи між собою космічні тіла різної маси та різної форми, що "плавають" у просторі галактик.

Існує істотна відмінність даного сценарію хаотичної інфляції від старої гіпотези створення всього Всесвіту в якийсь нульовий момент часу ( Великий Вибух) у вигляді практично однорідної та нагрітої до нескінченно великих температур матерії у вигляді найелементарніших частинок і квантів вакууму-ефіру. У новій моделі більше не потрібна умова початкової однорідності та термодинамічної рівноваги. Кожна частина Всесвіту може мати свій сингулярний початок (Borde et al, 2001). Однак це не означає, що весь Всесвіт як ціле виникло одномоментно з однієї сингулярності. Різні частини всесвіту могли виникати різні моменти часу і потім розростатися. Це означає, що ми більше не маємо права говорити, що весь всесвіт народився в якийсь момент часу t=0, до якого його не існувало.

Матерія Всесвіту може набувати різних форм: 1 – речовина різної щільності, 2 – випромінювання, 3 – вакуум-ефір та 4 – сингулярність (надщільна речовина). Щільність у речовини буває різна (в г/куб. см): нейтронні зірки 1014, білі карлики 106, сонце 1,4, червоні надгіганти 5/100 000 000, у галактик і метагалактики в цілому щільність на багато порядків менша, ніж у червоних надгігантів (http://www.astronet.ru/db/msg/1202878). Деяка частина матерії Метагалактики знаходиться у формі випромінювання та елементарних частинок, щільність цієї "променистої" матерії становить менше 1/1000 від густини речовини в Метагалактиці. Але значної частини матерії перебуває у стані сингулярності, тобто. чорних дірок.

При написанні цієї сторінки була також використана інформація з сайтів:

1. Вікіпедія. Адреса доступу: http://ua.wikipedia.org/wiki/

2. Сайт "Astronet". Адреса доступу: http://www.astronet.ru/db/msg/1225526

3. Сільченко О.К. Еволюція центральних галузей галактик. Адреса доступу: http://lib.tr200.net/v.php?id=94040&sp=1&fs=18; http://ziv.telescopes.ru

4. http://lib.tr200.net/v.php?id=94040&sp=1&fs=18

5. http://www.infuture.ru/article/5983

Поняття « галактика»у сучасній мові означає величезні зіркові системи. Походить воно від грецького слова «молоко, молочний» і було введено в ужиток для позначення нашої зіркової системи, що представляє світлу смугу з молочним відтінком, що тягнеться через усе небо, і тому названу «Чумацький шлях». Число зірок у ній кілька сотень мільярдів, т. е. порядку трильйона (10 12). Вона має форму диска з потовщенням у центрі.

Діаметр диска галактики дорівнює 10 21 м. Рукави Галактики мають спіральну форму, тобто розходяться по спіралі від ядра. В одному з рукавів на відстані близько 3×1020 м від ядра знаходиться Сонце, розташоване поблизу площини симетрії. Найчисленніші зірки в нашій галактиці – це карлики (їх маса приблизно в 10 разів менша за масу Сонця). Крім одиночних зірок та їх супутників (планет), є подвійні та кратні зірки та цілі зоряні скупчення (Плеяди). Їх відкрито вже понад 1000. Кульові скупчення містять червоні та жовті зірки – гіганти та надгіганти. Одним із об'єктів Галактики є туманності, що складаються в основному з газу та пилу. Міжзоряний простір заповнений полями та розрідженим міжзоряним газом. Галактика обертається навколо центру, причому кутова та лінійна швидкості із збільшенням відстані від центру змінюються. Лінійна швидкість руху Сонця навколо центру Галактики дорівнює 250 км/с. Повний оборот по орбіті Сонце робить приблизно 290 млн років (2×10 8 років).

На початку ХХ століття було доведено, що, крім нашої Галактики, існують і інші. Галактики різко відрізняються розмірами, числом зірок, що входять до них, світимостями, зовнішнім виглядом. Їх позначають номерами, під якими вносять до каталогів.

На вигляд галактики умовно поділяються на три типи: еліптичні, спіральні, неправильні.

Майже чверть усіх вивчених галактик належить до еліптичних. Це найпростіші за структурою галактики.

Спіральні галактики – найчисленніший вид. До нього відноситься туманність Андромеди (одна з найближчих до нас галактик), віддалена від нас приблизно на 2,5 млн. світлових років.

Неправильні галактики немає центральних ядер, у тому будову поки що не виявлено закономірності. Це Велика і Мала Магелланові хмари, які є супутниками нашої Галактики.

Галактики, як виявилося, утворюють групи (десятки галактик) і скупчення, що складаються з сотень та тисяч галактик. Відкриття кінця 70-х років ХХ століття показали, що галактики в надскопленнях розподілені нерівномірно: вони зосереджені поблизу кордонів осередків, тобто Всесвіт має пористу (сітчасту, пористу) структуру. У невеликих масштабах речовина у Всесвіті розподілена нерівномірно. У великих масштабах вона однорідна і ізотропна. Метагалактика нестаціонарна. Зазначимо деякі особливості розширення метагалактики:

1. Розширення проявляється лише на рівні скупчень і скупчень галактик. Самі галактики не розширюються.

2. Немає центру, від якого відбувається розширення.

Пов'язана силами гравітаційної взаємодії. Кількість зірок та розміри галактик можуть бути різними. Як правило, галактики містять від кількох мільйонів до кількох трильйонів (1 000 000 000 000) зірок. Крім звичайних зірок та міжзоряного середовища галактики також містять різні туманності. Розміри галактик від кількох тисяч до кількох сотень тисяч світлових років. А відстань між галактиками сягає мільйонів світлових років.

Близько 90 % маси галактик посідає частку темної матерії та енергії. Природа цих невидимих ​​компонентів поки що не вивчена. Існують свідчення того, що в центрі багатьох галактик знаходяться надмасивні. Простір між галактиками практично не містить речовини і має середню щільність менше одного атома на кубічний метр. Імовірно, у видимій частині всесвіту знаходиться близько 100 млрд. галактик.

За класифікацією, запропонованою астрономом Едвін Хаббл, в 1925 році існують кілька видів галактик:

• еліптичні(E),
• лінзоподібні(S0),
• звичайні спіральні(S),
• пересічені спіральні (SB),
• неправильні (Ir).

Еліптичнігалактики - клас галактик з чітко вираженою сферичною структурою і яскравістю, що зменшується до країв. Вони порівняно повільно обертаються, помітне обертання спостерігається лише у галактик із значним стиском. У таких галактиках немає пилової матерії, яка у тих галактиках, у яких є, видно як темні смуги на безперервному фоні зірок галактики. Тому зовні еліптичні галактики відрізняються одна від одної переважно однією рисою — більшим чи меншим стиском.

Частка еліптичних галактик загалом галактик у спостерігається частині всесвіту — близько 25 %.

Спіральнігалактики названі так, тому що мають усередині диска яскраві рукави зоряного походження, які майже логарифмічно простягаються з балджу (майже сферичного потовщення у центрі галактики). Спіральні галактики мають центральне згущення і кілька спіральних гілок, або рукавів, які мають блакитний колір, тому що в них є багато молодих гігантських зірок. Ці зірки збуджують світіння дифузних газових туманностей, розкиданих разом із пиловими хмарами вздовж спіральних гілок. Диск спіральної галактики зазвичай оточений великим сфероїдальним гало (кільце, що світиться навколо об'єкта; оптичний феномен), що складається зі старих зірок другого покоління. Всі спіральні галактики обертаються із значними швидкостями, тому зірки, пил та гази зосереджені у них у вузькому диску. Велика кількість газових і пилових хмар і наявність яскравих блакитних гігантів говорить про активні процеси зіркоутворення, що відбуваються в спіральних рукавах цих галактик.

Багато спіральних галактик мають у центрі перемичку (бар), від кінців якої відходять спіральні рукави. Наша Галактика також відноситься до спіральних галактик з перемичкою.

Лінзоподібнігалактики - це проміжний тип між спіральними та еліптичними. У них є балдж, гало та диск, але немає спіральних рукавів. Їх приблизно 20% серед усіх зіркових систем. У цих галактиках яскраве основне тіло – лінза, оточена слабким ореолом. Іноді лінза має довкола себе кільце.

НеправильніГалактики - це галактики, які не виявляють ні спіральної, ні еліптичної структури. Найчастіше такі галактики мають хаотичну форму без яскраво вираженого ядра та спіральних гілок. У відсотковому відношенні становлять одну чверть від усіх галактик. Більшість неправильних галактик у минулому були спіральними чи еліптичними, але деформовані гравітаційними силами.

Еволюція галактик

Утворення галактик розглядають як природний етап еволюції, що відбувається під впливом гравітаційних сил. Як припускають вчені, близько 14 млрд. років тому стався великий вибух, після якого Всесвіт скрізь був однаковим. Потім частинки пилу і газу почали групуватися, об'єднуватися, стикатися і таким чином з'являлися згустки, які пізніше перетворювалися на галактики. Розмаїття форм галактик пов'язані з різноманітністю початкових умов освіти галактик. Нагромадження газоподібного водню в межах таких згустків стало першими зірками.

З моменту народження галактика починає стискатися. Стиснення галактики триває близько 3 млрд років. За цей час відбувається перетворення газової хмари на зіркову систему. Зірки утворюються шляхом гравітаційного стиску хмар газу. Коли в центрі стисненої хмари досягаються щільності та температури, достатні для ефективного протікання термоядерних реакцій, народжується зірка. У надрах потужних зірок відбувається термоядерний синтез хімічних елементів важче гелію. Ці елементи потрапляють у первинне воднево-гелієве середовище під час вибухів зірок або при спокійному закінченні речовини із зірками. Елементи важчі заліза утворюються при грандіозних вибухах наднових зірок. Таким чином, зірки першого поколіннязбагачують первинний газ хімічними елементами, важчими за гелій. Ці зірки найбільш старі і складаються з водню, гелію та дуже малої домішки важких елементів. У зірках другого поколіннядомішка важких елементів помітніша, оскільки вони утворюються з вже збагаченого важкими елементами первинного газу.

Процес народження зірок йде при стисненні галактики, тому формування зірок відбувається все ближче до центру системи, і чим ближче до центру, тим більше повинно бути в зірках важких елементів. Цей висновок добре узгоджується з даними про вміст хімічних елементів у зірках гало нашої Галактики та еліптичних галактик. У галактиці, що обертається, зірки майбутнього гало утворюються на більш ранній стадії стиснення, коли обертання ще не вплинуло на загальну форму галактики. Свідченнями цієї епохи у нашій Галактиці є кульові зоряні скупчення.

Коли припиняється стиснення протогалактики, кінетична енергія зірок диска, що утворилися, дорівнює енергії колективної гравітаційної взаємодії. У цей час створюються умови для утворення спіральної структури, а народження зірок відбувається вже в спіральних гілках, в яких газ досить щільний. Це зірки третього покоління. До них відноситься наше.

Запаси міжзоряного газу поступово виснажуються, народження зірок стає менш інтенсивним. Через кілька мільярдів років, коли буде вичерпано всі запаси газу, спіральна галактика перетвориться на лінзоподібну, що складається зі слабких червоних зірок. Еліптичні галактики вже знаходяться на цій стадії: весь газ у них витрачено 10-15 млрд років тому.

Вік галактик дорівнює приблизно віку Всесвіту. Одним із секретів астрономії залишається питання про те, що собою представляють ядра галактик. Дуже важливим відкриттям стало те, що деякі ядра галактик активні. Це відкриття було несподіваним. Раніше вважалося, що ядро ​​галактики - це не більше, ніж скупчення сотень мільйонів зірок. Виявилося, що оптичне і радіовипромінювання деяких галактичних ядер може змінюватися за кілька місяців. Це означає, що протягом короткого часу з ядер звільняється величезна кількість енергії, яка в сотні разів перевищує те, що звільняється при спалаху наднової. Такі ядра отримали назву «активних», а процеси, що відбуваються в них, «активність».

У 1963 році було виявлено об'єкти нового типу, що знаходяться за межами нашої галактики. Ці об'єкти мають зіркоподібний вигляд. Згодом з'ясували, що їхня світність у багато десятків разів перевищує світність галактик! Найдивовижніше те, що їхня яскравість змінюється. Потужність їхнього випромінювання в тисячі разів перевищує потужність випромінювання активних ядер. Ці об'єкти назвали. Зараз вважається, що ядра деяких галактик є квазарами.

Галактики- гігантські гравітаційно-пов'язані системи зі зірок і зоряних скупчень, міжзоряного газу та пилу, і темної матерії. У просторі галактики розподілено нерівномірно: в одній області можна виявити цілу групу близьких галактик, а можна не виявити жодної, навіть найменшої галактики. Точна кількість галактик у частині Всесвіту невідома, але, мабуть, їх близько ста мільярдів.

Першою умовоюПоява галактик у Всесвіті стала поява випадкових скупчень і згущень речовини в однорідному Всесвіті. Вперше подібна думка була висловлена ​​І. Ньютоном, який стверджував, що якби речовина була рівномірно розсіяна нескінченним простором, то вона ніколи б не зібралося в єдину масу.

Друга умоваПоява галактик - наявність малих збурень, флуктуацій речовини, які ведуть відхилення від однорідності та ізотропності простору. Саме флуктуації стали тими «затравками», які призвели до появи більших ущільнень речовини. Ці процеси можна уявити за аналогією з процесами утворення хмар в атмосфері Землі.

ЗАГАЛЬНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГАЛАКТИК(РОЗМІР, СВІТНІСТЬ, МАСА, СКЛАД)

Розмір.Поняття розміру перестав бути суворо певним, т.к. галактики немає різких кордонів, їх яскравість поступово спадає з віддаленням від центру назовні. Бачний розмір галактик залежить від можливості телескопа виділити їх зовнішні області, що мають низьку яскравість, на тлі свічення нічного неба, яке ніколи не буває абсолютно чорним. У його слабкому світлі "тонуть" периферійні частини галактик. Для об'єктивної оцінки розмірів галактик за їхню кордон умовно приймається певний рівень поверхневої яскравості, або, як кажуть, певна ізофота (так називають лінію, вздовж якої поверхнева яскравість має постійне значення).

Світність галактик(Тобто повна потужність випромінювання) змінюється в ще більших межах, ніж їх розмір - від декількох мільйонів світимостей Сонця (Lc) у найменших галактик до декількох сотень мільярдів Lc для галактик-гігантів. Ця величина приблизно відповідає загальній кількості зірок у галактиці або її повній масі.

Маси галактик, Як і їх світності, також можуть відрізнятися на кілька порядків - від мільйона мас Сонців до тисячі мільярдів мас Сонця в деяких еліптичних галактиках.

Склад та будова. Складовими частинами Галактики є зірки, розряджений газ, пил (це міжзоряне середовище) та космічні промені. Галактики – це передусім зіркові системи. Просторово зірки утворюють два основні структурні компоненти галактики, як би вкладених один в інший:зірковий диск, що швидко обертається , ісферичну (або сфероїдальну) складову, що повільно обертається . Внутрішня найбільш яскрава частина сферодального компонента називаєтьсябалдж (від англ. bulge - здуття), а зовнішня частина низької яскравості -зіркове гало . У центрі більшості галактик можна виділити яскраву область, яку називаютьядром. У центральній частині масивних галактик часто виділяється невеликий і швидко обертаєтьсянавколоядерний диск який також складається із зірок та газу. Навколо галактичного центру як супутник звертається велика кількість зірок, тісно пов'язаних між собою гравітацією.кульове зоряне скупчення . Крім кульових зоряних скупчень. На відміну від розсіяних зоряних скупчень, що розташовуються в галактичному диску, кульові перебувають у гало; вони значно старші, містять набагато більше зірок, мають симетричну сферичну форму і характеризуються збільшенням концентрації зірок до центру скупчення. Спостереження кульових скупчень показують, що вони виникають в основному в регіонах з ефективним зіркоутворенням, тобто там, де міжзоряне середовище має більш високу густину порівняно із звичайними областями зіркоутворення.

Зірки в розсіяних скупченнях пов'язані один з одним щодо слабкими гравітаційними силами, тому в міру звернення навколо галактичного центру скупчення можуть бути зруйновані через близьке проходження біля інших скупчень або хмар газу, в цьому випадку зірки, що утворюють їх, стають частиною звичайного населення галактики. Розсіяні зоряні скупчення виявлено лише у спіральних і неправильних галактиках, де відбуваються активні процеси зіркоутворення.

Крім зірок з різними масами, хімічним складом та віком, кожна галактика містить розріджену та злегка намагнічену міжзоряне середовище (газ та пил),пронизувану високоенергійними частинками (космічними променями). Відносна маса, що припадає на частку міжзоряного середовища, також відносяться до найважливіших характеристик галактик, що спостерігаються. Повна маса міжзоряної речовини сильно змінюється від однієї галактики до іншої і зазвичай становить від кількох десятих часток відсотка до 50% сумарної маси зірок (у поодиноких випадках газ може навіть переважати по масі над зірками). Зміст газув галактиці - це дуже важлива характеристика, від якої багато в чому залежить активність процесів, що відбуваються в галактиках, і, насамперед, - процес утворення зірок. Міжзоряний газ складається в основному з водню та гелію з невеликою домішкою більш важких елементів. Ці важкі елементи утворюються в зірках і разом із газом, що втрачається зірками, опиняються у міжзоряному просторі.

У газовому середовищі міжзоряного простору міститься дрібнодисперсний твердий компонент – міжзоряний пил. Вона проявляє себе подвійно. По-перше, пил поглинає видиме та ультрафіолетове світло, викликаючи загальне послаблення яскравості та почервоніння галактики. Найбільш непрозорі (через пил) ділянки галактики видно як темні області на світлому яскравому тлі. Особливо багато непрозорих областей поблизу площини зіркового диска – саме там концентрується холодне середовище. По-друге, пил випромінює сама, віддаючи накопичену енергію світла у формі далекого інфрачервоного випромінювання. Сумарна маса пилу порівняно невелика: вона в кілька сотень разів менша, ніж повна маса міжзоряного газу.

Галактики відрізняються великою різноманітністю: серед них можна виділити сфероподібні еліптичні галактики, дискові спіральні галактики, галактики з перемичкою (баром), лінзовидні, карликові, неправильні і т. д. класів за їх зовнішнім виглядом (за морфологією). В основі морфологічної класифікації галактик, що найчастіше використовується, лежить схема, запропонована Е.Хабблом в 1925 і розвинена ним в 1936. Галактики поділяються на кілька основних класів: еліптичні (Е), спіральні (S) лінзовідні (S0) та неправильні (Irr).

Еліптичні E-галактикивиглядають як еліптичні або овальні плями, не дуже витягнуті, яскравість усередині яких плавно зменшується з відстанню від центру. Внутрішня структура, як правило, відсутня (Помітний диск у них відсутній, хоча точні фотометричні вимірювання в деяких випадках дозволяють запідозрити його існування. Сліди пилу або газу в них також рідко зустрічаються)

Спіральні галактики (S) -найпоширеніший тип (їх близько половини). Типовими представниками є наша Галактика та туманність Андромеди. На відміну від еліптичних галактик у яких спостерігається структура як характерних спіральних гілок. Незважаючи на різноманіття форм, спіральні галактики мають схожу будову. У них спостерігається три основні складові: зірковий диск, сфероїдальна складова, яскрава внутрішня область якої називається балдж, і плоска складова, яка за товщиною в кілька разів менша за диск. До плоскої складової належить міжзоряний газ, пил, молоді зірки, і навіть спіральні гілки. Подібну структуру має наша Галактика.

Між типами Е та S знаходиться тип лінзовидних галактик (S0). Як і S-галактики, вони мають зірковий диск і балдж, але в них немає спіральних гілок. Вважається, що це галактики, які в далекому минулому були спіральними, але дотепер майже повністю «втратили» або витратили міжзоряний газ, а разом із ним – і здатність утворювати яскраві спіральні гілки. Будь-яка спіральна галактика, якщо її позбавити газу та молодих зірок, буде класифікована як лінзовидна.

Неправильні Irr-галактикине мають упорядкованої структурою, у яких немає спіральних гілок, хоча вони містять у собі яскраві області різних розмірів (зазвичай, це області інтенсивного звездообразования). Балдж у цих галактиках дуже малий чи зовсім відсутній. Ці галактики, як правило, відрізняються високим вмістом міжзоряного газу та молодих зірок.

Деякі галактики мають надзвичайно яскраве ядро. Галактики, що мають активні ядри, прийнято розділяти на кілька типів. Розрізняють галактики Сейферта, радіогалактики, квазари ейфертівські галактики названіна честь американського астронома Карла Сейферта, який першим звернув на них увагу в 1943 р. У деяких випадках ядра сейфертових галактик перевищують Сонце в яскравості в 100 мільярдів разів. С.р. - це, зазвичай, спіральні галактики. Найбільш ймовірна гіпотеза, що пояснює активність ядер, передбачає наявність чорної дірки (масою в десятки чи сотні мільйонів мас Сонця) у центрі галактики.

Найнезвичайніші з усіх - це об'єкти, які називають квазарами. Англійський термін quasar дослівно означає «схожий на зірку радіоджерело») - потужне і далеке активне ядро ​​галактики. Вони випромінюють з області діаметром менше 1 св. року, стільки ж енергії, скільки випромінювали б сотні нормальних галактик Незважаючи на їхню незвичну природу, квазари візуально не вражають, тому на них звернули увагу лише після 1963 року.

На сьогоднішній день найбільш поширена точка зору, згідно з якою квазар - це надмасивна чорна діра, що втягує в себе оточуючу речовину. У міру наближення до чорної діри заряджені частинки розганяються, стикаються, і це призводить до сильного випромінювання світла. Згідно з іншою точкою зору квазари - це перші молоді галактики, і ми просто спостерігаємо процес їхнього зародження. Втім, існує і проміжний, хоча вірніше було б сказати «об'єднаний» варіант гіпотези, згідно з яким квазар - це чорна діра, що поглинає речовину галактики, що формується.

Радіогалактика - тип галактик, які мають набагато більше радіовипромінювання в порівнянні з іншими галактиками. Джерела випромінювання радіогалактик зазвичай складаються з кількох компонентів (ядро, гало, радіовикиди). Радіогалактики зазвичай мають форму еліпсів та відрізняються гігантськими розмірами.

Кілька відсотків галактик, що спостерігаються, не вкладається в описану класифікаційну схему, їх називають пекулярними.Зазвичай це галактики, форма яких спотворена сильною взаємодією із сусідніми галактиками (такі галактики називають взаємодіючими.

Для цього терміна немає однозначного визначення, віднесення галактик до цього типу може заперечуватися. Іноді віднесення галактики до пекулярного типу заперечувалося. Приміром, Б.А. Воронцов-Вельяминов вважав, що взаємодіючі галактики є пекулярними, оскільки видимі зміни їх форми викликані обуреннями близьких сусідів. Проте серед взаємодіючих систем зустрічаються об'єкти настільки химерної форми, що їх важко назвати пекулярними.

Класичним прикладом пекулярної галактики є радіогалактика Centaurus A (NGC 5128). В окрему групу виділяютьсякарликові галактики

Еволюція галактик

– невеликі за розміром, світність яких у тисячі разів менша, ніж у таких галактик як наша чи туманність Андромеди. Це найчисленніший клас галактик, але через низьку світність їх важко виявити на великій відстані. Серед них також зустрічаються еліптичні dE, спіральні dS (дуже рідко) та неправильні (dIrr). Літера d (від англійського dwarf – карлик) означає приналежність до карликових систем.

Спостережуване різноманіття галактик - це наслідок різних умов, у яких виникли. Аналіз спектрів і зоряного складу галактик показав, що абсолютна більшість із них має дуже великий вік і утворилося 10-15 млрд років тому. За сучасними уявленнями, утворення галактик почалося в ранню епоху розширення Всесвіту, коли середня щільність речовини у Всесвіті була в сотні разів більша, ніж у цей час. Галактики виникли з воднево-гелієвих газових хмар, що стискаються під дією власної гравітації. На певному етапі стискування у протогалактиках почалося інтенсивне зіркоутворення. Масивні зірки, швидко еволюціонуючи і вибухаючи як наднові, викидали в навколишній простір газ, збагачений різними хімічними елементами, що виникають під час вибуху. Утворення диска в галактиках пов'язане з(Дисипація енергії - перехід частини енергії упорядкованих процесів (кінетичної енергії рухомого тіла, енергії електричного струму і т. д.) в енергію невпорядкованих процесів, зрештою - в тепло.) енергії газу в протогалактиці, що стискається. Маючи певний момент обертання, газ, втрачаючи свою механічну енергію, стиснувся в диск, який у результаті утворення зірок з газу поступово ставав зірковим диском.

Велику роль в еволюції галактик зіграло поглинання великими галактиками дрібніших систем, які руйнувалися припливними силами і поповнювали масу галактик, що формуються.

СКОПЛЕННЯ І НАВЧАЛЬНОСТІ

На знімках галактик видно, що справді одиноких галактик небагато. Близько 95% галактик утворюють групи галактик.. Найчастіше в них домінує одна масивна еліптична або спіральна галактика, яка за рахунок приливних сил з часом руйнує галактики-супутники та збільшує свою масу, поглинаючи їх.

Скупченням галактикназивають об'єднання кілька сотень галактик, які можуть містити як окремі галактики, і групи галактик. Зазвичай при спостереженні в такому масштабі можна виділити дуже яскравих надмасивних еліптичних галактик. Такі галактики повинні безпосередньо впливати на процес утворення та формування структури скупчення.

Надскупчення- найбільший тип об'єднання галактик, включає тисячі галактик. У масштабах сверхскоплений галактики шикуються в смуги і нитки, що оточують великі розріджені порожнечі. Форма таких скупчень може бути різна: від ланцюжка, такий як ланцюжок Маркаряна, до стін, як велика стіна Слоуна.

Місцева група галактик. Галактика Чумацький шлях

Місцева група галактик – це сукупність найближчих галактик, відстані яких перевищують, приблизно, 1 млн. пс (близько 3 млн. світлових років). Складається з двох великих груп та розсіяних серед них карликових галактик – лише близько 30 членів. В одній із груп за розміром, масою та силою світла домінує наша Галактика з близькими до неї Магеллановими Хмарами. В іншій групі основне місце займає спіральна галактика (Андромеди туманність), ще сильніша. До неї примикають спіральна менша галактика - М 33 в Трикутнику, дві невеликі еліпатичні галактики і кілька карликових. Галактики, що входять до М. р., внаслідок їх близькості до нас доступні для детального вивчення.

Члени Місцевої групи рухаються один щодо одного, але при цьому пов'язані взаємним тяжінням і тому тривалий час займають обмежений простір розміром близько 6 млн світлових років і існують окремо від інших подібних груп галактик. Вважається, що це члени Місцевої групи мають загальне походження і еволюціонують разом вже близько 13 млрд. років.

Наша Галактика – Чумацький шлях – має форму диска з опуклістю в центрі – ядром, від якого відходять спіралеподібні рукави. Її товщина – 1,5 тис. світлових років, а діаметр – 100 тис. світлових років. Вік нашої Галактики становить близько 15 млрд років. Вона обертається досить складним чином: значна частина її галактичної матерії обертається диференціально, як планети обертаються навколо Сонця, не звертаючи уваги на те, якими орбітами рухаються інші, досить далекі космічні тіла, і швидкість обертання цих тіл зменшується зі збільшенням їх відстані від центру. Інша частина диска нашої Галактики твердо обертається, як музичний диск, що обертається на програвачі. Наше Сонце знаходиться в такій ділянці Галактики, де швидкості твердотільного і диференціального обертання рівні. Таке місце називається коротаційним колом. У ньому створюються особливі, спокійні та стаціонарні умови для процесів зіркоутворення.

Наша Галактика має дві маленькі галактики-супутника, звані Магеллановими Хмарами. Виділяють Велику та Малу Магелланові хмари. Це багаті області для спостережень з інструментами будь-яких розмірів і видно неозброєним оком у Південній півкулі. Хмари Магеллана були знайомі мореплавцям південної півкулі, і в XV столітті їх називали «Капськими хмарами». Фернан Магеллан використовував їх для навігації як альтернативу Полярній зірці під час своєї навколосвітньої подорожі в 1519-1521 роках. Коли, після загибелі Магеллана, його корабель повернувся до Європи, Антоніо Пігафетта (супутник Магеллана та офіційний літописець подорожі) запропонував назвати Капські Хмари Хмарами Магеллана як своєрідне увічнення його пам'яті

Обидві Хмари раніше вважалися неправильними галактиками, але згодом виявили особливості структури спіральних галактик із перемичкою. Вони розташовуються відносно близько один до одного і утворюють гравітаційно-пов'язану (подвійну) систему. Обидві Магелланові Хмари занурені у загальну оболонку нейтрального водню. Крім того, вони пов'язані між собою водневим мостом

У Магелланових Хмарах дуже багато зоряних скупчень. Вчені зареєстрували 1100 розсіяних скупчень у Великій Хмарі та понад 100 у Малій Хмарі. У Великій Хмарі відкрито 35 кульових скупчень, а в Малій Хмарі - 5. У Магелланових Хмарах були виявлені кульові скупчення, яких немає в нашій Галактиці. Вони містять безліч блакитних та білих гігантів. Тому вони мають білий колір. Звичайні кульові скупчення складаються з червоних гігантів, тому їх колір жовтий - помаранчевий.

1). Зірка як об'єкт вивчення астрофізики.

2). Класифікація зірок.

3). Народження та еволюція зірок.