Мир Галактик (Галактики і зоряні системы)

П Л, А М :

1) Розміри і відстані 2) Види галактик.

A) Еліптичні галактики.

B) Спіральні галактики.

З) Неправильні галактики.

D) Иглообразные галактики.

E) Радіогалактики 3) Причини відмінності галактик 4) Еволюція галактик.

A) Неустойчивость.

B) Виникнення чорних дір, спіральних і еліптичних галактик.

З) Спостереження еволюції галактик 5) Маса галактик 6) Будова нашої галактики.

A) Як відкрита наша галактика.

B) Форма галактики.

З) Газова матерія в галактики.

D) Обертання галактики.

E) Пилова матерія в галактики.

F) Ядро галактики 7) Склад нашої галактики.

A) Подвійні і кратний звезды.

B) Розсіяні і кульові зоряні скопления.

З) Зоряні ассоциации.

D) Підсистеми галактики.

E) Спіральні галузі галактики 8) Метагалактика.

A) Метагалактика.

B) Розподіл галактик на небе.

З) Сверхсистема галактик С найдавніших часів людей цікавило, що саме перебуває поза обрієм, і вони ходили досліджувати далекі і незнайомі землі. Принаймні того як Земля відкривала людині більшість своїх білих плям, астрономи стали виходити до області нові й не досліджених територій межами нашої маленькій планети. Сьогодні дослідники Всесвіту, застосовуючи сучасні телескопи і ЕОМ, просуваються у бік все великих відстаней в пошуках краю Космосу — останньої його границы.

Століття ми були в’язнями Сонячної системи, вважаючи зірки просто прикрасами сфери, розташованої за планетами. Потім людина визнав цих крихітних світних точках інші сонця, настільки далекі, що й світло йде до Землі багато років. Здавалося, що космос населений рідкісними самотніми зірками, і науковці сперечалися у тому, простирається чи зоряне населення у просторі необмежено або ж за деяким межею зірки закінчуються і починається порожнеча. Проникаючи віддаляються і далі, астрономи знайшли такий межа, і сталося, що зараз Сонце — одне з величезної кількості зірок, їхнім виокремленням систему під назвою Галактика. За кордоном Галактики була тьма.

XX століття принесло нове відкриття: наша Галактика-это ще увесь Всесвіт. За найбільш далекими зірками Чумацького Шляху є інші галактики, схожі на форумі нашу і простирающиеся у просторі до меж видимості наших найбільших телескопів. Грандіозні зоряні системи — одні із приголомшливих і найбільш досліджуваних сучасної астрономією об'єктів, що саме про неї йтиметься далее.

|1. Розміри і Відстані |.

Чумацький Шлях — дуже характерний представник свого типу галактик — настільки величезний, що світу потрібно понад 100 тисячі років, якщо з швидкістю 300 000 кілометрів на секунду щоб перетнути Галактику від краю краю. Земля і Сонце перебувають у відстані близько тридцяти тисяч світлових років від центру Чумацького Шляху. Якщо ми спробували послати повідомлення гіпотетичному суті, яка живе поблизу центру нашої Галактики, то відповідь змогли б отримати до, як за 60 тисячі років. Повідомлення ж, надіслане зі швидкістю літака (600 миль чи 1000 кілометри на годину) в момент народження Всесвіту, на сьогодні минуло б лише половину шляху до центру Галактики, а час очікування відповіді становило б 70 мільярдів лет.

Деякі галактики набагато більший нашої. Діаметри найбільших із них — великих галактик, випромінюючих дуже багато енергії як радіохвиль, як, наприклад, відомий об'єкт південного неба — Центавр На сто разів перевищують діаметр Чумацького Шляху. З іншого боку, у Всесвіті багато порівняно невеликих галактик. Розміри карликових еліптичних галактик (типовий представник перебуває у сузір'ї Дракона) припадає лише близько 20 тисяч світлових років. Зрозуміло, навіть ці непримітні об'єкти майже неймовірно величезні: хоча галактику в сузір'ї Дракона може бути карликовою, її діаметр перевершує 160 000 000 000 000 000 километров.

Хоча космос населяють мільярди галактик, їм не тісно: Всесвіт досить величезна, щоб галактики могли зручно у ній розміститися, і за цьому й залишається багато вільного простору. Типове відстань між яскравими галактиками становить близько 5−10 мільйонів світлових років; що залишилося обсяг займають карликові галактики. Але якщо прийняти до уваги їх розміри, виявляється, що галактики щодо Андрійовича значно ближча друг до другу, ніж, наприклад, зірки на околиці Сонця. Діаметр зірки пренебрежимо малий проти відстанню до найближчій сусідньої зірки. Діаметр Сонця лише близько 1,5 мільйона кілометрів, тоді як відстань до найближчій до нас зірки в 50 мільйонів раз больше.

Щоб уявити величезні відстані між галактиками, подумки зменшимо їх розміри до зростання середнього людини. Тоді, у типовою області Всесвіту «дорослі «(яскраві) галактики перебуватимуть загалом з відривом 100 метрів друг від друга, а з-поміж них буде розміщено невеличке число дітей. Всесвіт нагадувала б велике полі для гри акторів-професіоналів у бейсбол з великим вільним простором між гравцями. Лише у деяких місцях, де галактики збираються в тісні скупчення. наша масштабна модель Всесвіту справляє враження міської тротуар, і вже ніде було б нічого спільного з вечіркою чи вагоном метро у годину пік. Якщо до масштабів людського зростання зменшити зірки типовою галактики, то місцевість вийшла б надзвичайно малонаселенная: найближчий сусіда мешкав на відстані 100 тисячі кілометрів — майже четверту частину відстані від Землі до Луны.

З положень цих прикладів має стати ясно, що галактики нечасто розкидані у Всесвіті і полягає, переважно, з порожнього простору. Навіть якщо його врахувати розріджене газ, яким заповнюють простір між зірками, однак середня щільність речовини виявляється надзвичайно малої. Світ галактик величезний і майже пуст.

|2. Види галактик |.

Галактики у Всесвіті аніскільки не схожі друг на друга. Деякі їх рівні й круглі, інші мають форму уплощенных разметавшихся спіралей, а й у деяких немає майже ніякої структури. Астрономи, слідуючи піонерської роботі Едвіна Хаббла, що у 20-х роках, поділяють галактики з їхньої формі втричі основних типи: еліптичні, спіральні і неправильні, обозначаемые відповідно Є, P. S і Irr.

Еліптичні галактики характеризуються загалом еліптичної формою і немає ніхто інший структури, крім загального зниження яскравості принаймні видалення від центру. Падіння яскравості описується простим математичним законом, котра відкрила Хаббл. Мовою астрономів це навіть звучить так: еліптичні галактики мають концентричні еліптичні изофоты, т. е. коли з'єднати однієї лінією всі крапки зображення галактики з однаковим яскравістю і можуть побудувати такі лінії до різних значень яскравості (аналогічно лініях постійної висоти на топографічних картах), ми одержимо ряд вкладених один одного еліпсів приблизно однаковою форми і із загальним центром.

Підтипи еліптичних галактик позначаються буквою Є, яку слід число n, обумовлений по формуле.

[pic], де чи b — це відповідно велика і мала полуоси якийабо изофоты галактики. Отже, еліптична галактика круглої форми буде віднесена до типу Е0, а сильно сплюснена то, можливо класифікована як Е6.

Найпростіше виглядають еліптичні галактики: вони рівні, однорідні за кольором і симетричні. Їх майже досконале будова викликає думка про їх істотною простоті. І це дійсно, параметри еліптичних галактик виявилося легше виміряти і підшукати під них теоретичні моделі, ніж зробити це задля складніших родичів цих объектов.

Рассмотрим, приміром, будова типовою еліптичної галактики M87. У її центрі перебуває яскраве ядро. оточене розмитим сяйвом, яскравість якого падає у міру віддалення від центру. Як і в всіх еліптичних галактик, падіння яскравості описується простий математичної формулою. Форма контуру галактики теж майже однаковою всіх рівнях яскравості. Усі изофоты є майже ідеальні еліпси, центрированные з точністю на ядро галактики. Напрями великих осей і відносини великий осі до малої майже однакові в усіх эллипсов.

Фундаментальна простота еліптичних галактик цілком узгоджується з припущенням у тому, що вони управляються невеликим числом сил. Орбіти зірок гладкі і добре перемішані і ніщо, крім гравітації, важить на їхню прихильність, й ніяка безупинне звездообразование не зруйнувало їх правильності. Коли Хаббл вперше звернув увагу до ці факти, він показав, що будова еліптичної галактики мало відрізняється від будівлі простий газової середовища, формованої лише гравітаційними силами і яка перебуває з однакових частинок приблизно однаковою температури. Щоб побудувати такий із зірок, треба лише взяти схожі зірок, розмістити їх поруч друг з одним у просторі, дозволити тяжіння попрацювати з ними довгодовго почекати, доки рухи всіх зірок стануть схожими. Не слід надавати зіркам систематичних рухів на кшталт загального обертання, але переконатися у тому, що зірки обрані тихі і гречні, які будуть викидатися, викидати речовина чи іншим чином порушувати нудну монотонність незмінного зоряного царства. Але ні необхідності покінчити з самого початку розподіляти в ідеальному шаровому обсязі. Можна, наприклад, «зробити «їх ящик прямокутної форми і почекати деяке час. Зірки самі зрештою розташуються як сфероида. Тяжіння діє сферически симетричним способом мислення й, якщо ваше галактика управляється лише гравітацією, вона вирівняється, втратить гострі кути і стане симпатичної еліптичної галактикой.

Справжні еліптичні галактики, разумелся, є досконалими сферами. Наприклад, изофоты M87 — то радше еліпси, ніж окружності, і відносини їх осей злегка різняться різними відстанях від центру — у зовнішніх частинах изофоты менш круглі. Їх орієнтація також трохи змінюється. Всі ці недосконалості кажуть нам, що проста модель еліптичних галактик ні правильна. Передісторія чи особливі обставини, напевно, надали помітне впливом геть орбіти зірок. Можливо, справа у обертанні чи причиною яких є приливне дію сусідніх галактик, або ж ми бачимо прояви особливих початкових умов, настільки сильні, що тяжіння забракнуло часу до повного їх устранения.

На відміну від еліптичних галактик, для спіральних характерно наявність диска і балджа (потовщення). Спіральні рукави поступаються диску і балджу по кількості які у них зірок, хоча і є важливими і видатними частинами галактики. (Також, як очі в очах людини — це невеличка частина тіла, але де вони приваблюють нашу увагу і багато говорять про внутрішній світі людини.) Диск спіральної галактики досить плаский. Видимі з ребра галактики свідчать, що товщина типового диска становить близько 1/10 його діаметра. У нашій власної Галактиці, де ми можемо вести підрахунок зірок в диску і вимірювати його товщину, виявилося, що зоряне населення швидко тане і висоті 3000 світлових років над площиною галактики стає дуже розрідженим. Це особливо справедливо найбільш молодих зірок і сировини (газу та пилу), що у очікуванні формування майбутніх зірок. У спіральних галактик добре помітно пласке спіральне розподіл яскравості навколо утолщенного ядра. Ідеальні спіральні галактики мають дві спіральні галузі (рукави). вихідні або ж з ядра, або з цих двох кінців бару (перемички), у якого розміщено ядро. Цей ознака дозволив розділити спіральні галактики на дві основні підтипу: нормальні спіральні галактики (P.S) і перетнуті спіральні галактики (SB). Нормальних спіральних галактик в багато разів більше, ніж які перетнув. Подальше поділ спіральних галактик на підтипи проходить за наступним трьом критеріям: 1) відносної величині ядра проти розмірами всієї галактики: 2) у тій, наскільки сильно чи слабко закручені спіральні галузі і трьох) фрагментарності спіральних ветвей.

До типу Sa (чи SBa) відносять галактики з дуже великої ядерної областю і дуже закрученими спіральними (майже круговими) гілками — безперервними і гладенькими, а чи не фрагментарні. Галактики Sb і SBb мають відносно невелику ядерну область при невідь що сильно закручених спіральних гілках, які дозволяються деякі яскраві фрагменти. Галактики типу Sc (й формує відповідні їм перетнуті галактики) характеризуються сильно фрагментированными обривковими спіральними рукавами (див. рис. 1 і фото III-IX). У галактик SBc навіть бар поділяється на окремі фрагменты.

В усіх спіральних галактик ядро є яскраву область, що має багатьма ознаками еліптичної галактики. Закон падіння яскравості, відкритий Хабблом для еліптичних галактик, виявився справедливим й у центральних ядерних областей спіральних галактик і тому ті області іноді називають «эллиптическим компонентом » .

У деяких видимих з ребра спіральних галактик помітні потужні найтонші прошарку пилу, які перетинають диск у його середині, тоді як найстаріші зірки диска утворюють значно більше товстий слой.

У другій половині 40-х ХХ століття У. Бааде (США) встановив, що клочковатость спіральних гілок та його блакить ростуть із підвищенням в них вмісту гарячих блакитних зірок, їх скупчень і дифузних туманностей. Центральні частини спіральних галактик желтее, ніж галузі і містить старі зірки (населення другого типу, по Бааде, чи населення сферичної складової), тоді як плоскі спіральні галузі складаються з молодих зірок (населення першого типу, чи населення пласкою складової) (див. рис. Галактики NGC1232).

Дані вимірів розподілу яскравості в дисках спіральних галактик виявляють дуже важливе подібність — цю обставину добре задокументовано, але досі не одержало задовільного пояснення. Яскравість дуже регулярним чином падає у міру віддалення від центру (див. рис. Галактики NGC 1232) відповідно до універсальної математичної залежністю, яка, проте, відрізняється від аналогічної залежності для еліптичних галактик.

Спостережувані властивості галактичних дисків знаходять природне пояснення в створених на ЕОМ моделях швидко обертових зоряних систем. Розглянемо вищеописану еліптичну галактику. Якщо раніше протогалактическому газовому хмарі надати швидке обертання ще до його освіти більшості зірок, то хмару придбає пласку форму, і розподіл зірок нагадуватиме диск спіральної галактики. Таким чином, виявляється, що основна структурне відмінність еліптичних галактик від спіральних полягає у швидкості вихідного вращения.

Тоді звідки ж з’являється балдж? Якщо швидко обертове протогалактическое хмару породжує диск, а повільно обертове або зовсім не обертове перетворюється на еліптичну галактику, те, що ж роблять вибір на центрах спіральних галактик ці товсті эллипсоидальные балджи? Вони мають більшістю структурних властивостей еліптичних галактик: правильними изофотами, наявністю старих зірок, істотною завтовшки і рівно падаючим розподілом яскравості. Відповідь слід, очевидно, шукати у цьому обставині, що газ поводиться зовсім по-іншому, як зірки. Газове хмару може досить легко позбутися енергії - просто нагріваючись і випромінюючи її. У цьому обертове газова хмара стане пласким і перетвориться на диск. Проте, якщо деякі час газ починає конденсуватися в зірки, ситуація змінюється. Зірки не зіштовхуються, як атоми в газі. Їх розміри надто малими проти відстанями між ними. Оскільки зірки не нагріваються зіткненнями, то не розсіюють ефективним чином свою енергію та тому колапсують на площину. Тому, якщо зірки починають утворюватися — але це відбувається спочатку у центральних областях, де щільність найвища, всі вони залишаться на місці у великому товстому центральному балдже.

Наприклад, в Млечном Шляхи першими мали утворитися зірки в центральному балдже, які є найстаршими. Залишившись газ сколлапсировал на площину, де повільно утворювалися і оберталися разом з газом інші зірки. Цей тонкий плаский диск (хоча це диск далеко ще не завжди плаский: див. рис. галактики ESO 510) став місцем більшу частину наступних активних подій у Галактиці: зірки, гігантські молекулярні хмари, хмари порушеної газу та великомасштабні спіральні візерунки — усе це розвивалося тут, у плутаній структурі, бросающей зараз виклик нашим теоретичним моделям.

Спіральні галактики виглядали б цікавими без своєї спіральної структури — без неї вони, зрозуміло, були спіральними Галактиками, але не всі виглядає ще хитрішими. Якщо спіральна галактика утворюється оскільки обертання змушує газ коллапсировать на площину, то спіральна форма рукавів здається природним результатом — на кшталт візерунка, утвореного вершками, які наливають при помішуванні в чашку кави, чи на кшталт води, минаючої через стік. Ці ситуації є суворими аналогами галактики, але добре ілюструють закономірність: де є обертання, там зазвичай буває спіральна структура. Тому протягом багато років астрономів не вельми турбувала спіральна форма багатьох галактик — вона здавалася цілком естественной.

Перша серйозна труднощі виникла, коли спало на думку запитати: як довго існує у галактиці спіральний рукав? Відомі періоди обертання галактик, типові значення яких для зірок, розташованих з відривом від ядра, еквівалентному відстані Сонця до центру Галактики, становлять кілька мільйонів років. Відомі віку найближчих галактик — близько 20 мільярдів років. Якщо спіральна структура виникає тому, що внутрішня частина галактики обертається зі швидкістю, відмінній від швидкості зовнішньої частини, то рукави повинні поступово закрутитися в спіральний візерунок. Проте задля галактики із віком, притаманним навколишніх галактик, число оборотів візерунка має бути дуже великих — приблизно рівним віку, поділеній на середній період обертання — близько 100. У реальних спіральних галактик — по крайнього заходу у тих, які мають чіткі безперервні спіральні галузі, спостерігається закручення спірального візерунка тільки один-два обороту. Постає питання: «заморожуються «чи спіральні рукави якимось чином, що дозволяє йому зберегтися? Вони ж вони закручуються до зникнення, щоб змінитися новими? Чи ж для них можливість ні загалом обертанні зірок і є, що дозволяє їм обертатися медленнее?

Проблема в тому, що ми можемо придумати, як створити спіральну структуру: будь-яка «крапля », обертова, як галактика з різними періодами обертання в різних відстанях від центру, створює спіральний візерунок. Проблемою є те, як галактика набуває спіральну форму, яка зберігається. Нині існує три типу відповідей, і ми ще знаємо напевно, якою ж їх правильний. Можливо, що це є правильними у цьому чи іншому разі, і спіральна структура навіть однієї індивідуальної галактики може мати змішане происхождение.

Очевидно, самим акуратним і елегантним для спіральних галактик є, відоме під назвою теорії хвиль щільності. Після розвитку шведським астрономом Бертилом Линдбладом багатьох пов’язаних із нею теоретичних ідей, теорія хвиль щільності повністю розроблено й успішно застосована 60-ті роки до галактикам Ц. Ц. Лином та її студентами в Массачусетському технологічному інституті. Вони засвідчили, використовуючи математичний аналіз стійкості плоского зоряного диска, що відхилення від регулярної форми в початковому розподілі газу може бути стійким і поступово перетворитися на двухрукавный спіральний візерунок, обертався значно повільніше зірок. Входячи в рукав, зірки тимчасово уповільнюються, що зумовлює підвищеної щільності в рукаві, і потім продовжують рух за фронтом хвилі. На кордоні фронту повинна виникати ударна хвиля в газі, яка може викликати процес зореутворення, і у деяких галактиках спостерігається концентрація активних газових хмар і новоутворених зірок в рукавах (див. рис. Галактики NGC1232). Форма спіральних рукавів у межах гіпотези дуже справляє враження форму реальних спіральних рукавів у кількості галактик з «досконалої «спіральної структурою — як-от М81. Але вона не адресований описи більш поширеного типу галактиці надзвичайно недосконалими рукавами — фрагментарні, розмитими і нечеткими.

Теорія, найкраще застосовна у разі таких галактик спирається на дію дуже простих спотворень будь-який структури, що викликаються диференційним обертанням галактики. Замість наявності постійно існуючого набору рукавів ця гіпотеза пророкує безупинне народження та розпад спіральних сегментів. Багато першовідкривачі у цій області вважали, що така метод може працювати, потрібно була лише знайти спосіб відновлення рукавів. У 1965 р. створили комп’ютерний фільм, зображав весь процес у дії. У фільмі як модель використовувалася галактика М31 в припущенні випадкового (стохастичного) процесу виникнення областей зореутворення. При народженні такі області проявляються як яскраві ділянки підвищеної активності. Уперед диференціальний обертання витягує в довгі вузькі сегменти спіральної форми, й інші області поступово тьмяніють тоді, як витрачається сконцентрований у яких газ. Звісно ж, сукупно це дає не досконалий двухрукавный спіральний візерунок, а скоріш набір спіральних фрагментів, покриваючих галактику і які надають їй певна подоба спіральної форми, але з рукавами, які можна простежити протягом більше кількох десятків градусов.

Створені в комп’ютерному фільмі системи з формі нагадують багато спіральні галактики і тому мабуть, що у таких об'єктах переважають стохастические процеси на кшталт згаданого вище. Це особливо точно для деяких видів ідеальних областей зореутворення, містять послідовність ділянок різній стадії активності: попереду перебуває гігантське молекулярне хмару, яке збирається конденсуватися в зоряне скупчення, його — газова хмара, освітлене і яке зазнало втрат частина газу через наявність у ньому хіба що які утворилися зірок, а й за хмарою — стареющее поволі розпадається зоряне скупчення, щодо вільний від газу. Ця послідовність областей має приблизно лінійну форму і буде витягнута диференційним обертанням в сегмент спірального рукави. Результатом є спіральна галактика, освічена розрізненими фрагментами спіральних рукавів. Отже, стохастичну теорія, здається, може пояснити форму саме тих галактик, які неможливо знайти описані теорією хвиль щільності. Отже, нам, може бути, непотрібні інші ідеї - потрібно лише терпіння у проведенні докладних вимірів, необхідні порівняння властивостей спіральних рукавів з різними версіями кожної з теорий.

Існує, проте, ще одне можливість. Будь-яке обурення диска може спричинить скупченню газу, що виявлятися як спіральних рукавів чи спіральних сегментів. Обурення може йти ззовні або ж зсередини — із власного ядра галактики. (див. рис. викиду з галактики M87) Один із можливостей першого типу у тому, що міжзоряний газ може втікати в галактику, створюючи спіральні рукави. Ця гіпотеза невідь що приваблива, оскільки газ буде здебільшого від полюсів, де немає достатньої кількості іншого газу зіткнення, і всім відомо дуже мало випадків, коли спіральні рукави не лежать у площині диска. Більше привабливим зовнішнім агентом то, можливо приливне вплив інших галактик при близьких прохождениях. Припливи, породжувані близькими прохождениями, майже зіткненнями — впливають на зірки й на газ і можуть спотворити форму галактики в достатньо до виникнення неправильних утворень, котрі під час обертання набудуть спіральну форму. Це вродлива ідея, та її недолік — у необхідності близького проходження інший галактики. На жаль, відстані між галактиками дуже великі, щоб ця механізм міг стати ефективним переважно випадків. Однак у тому, стосовно проходжень галактик поблизу одне одного, нас можуть очікувати сюрпризи. Недавні визначення темпів зореутворення показують. що у близько розташованих друг до друга галактиках темп зореутворення аномально великий — особливо у ядрах. Можливо, виявиться, що приливні ефекти включаються набагато легше, ніж ми тепер думаем.

Ні переконливих посвідчень у користь виникнення спіральних рукавів внаслідок активності у ядрах галактик, але у цих таємничих і бурхливих областях відбувається досить подій, щоб з’явилася така гіпотеза. У радиогалактиках і квазарах — спостерігаються дуже високоенергетичні процеси в ядрах галактик, чимало з яких викидають величезні потоки газу за видимі межі галактики (див. рис. викиду з галактики M87). Можливо, активність цього може якимто чином призводити до утворення спіральних рукавів, але у час ця гіпотеза дуже розпливчаста і підкріплюється розумної фізичної моделью.

В багатьох спіральних галактик є ще одне чудова структурна особливість, зазвичай певним чином пов’язана з спіральними рукавами: велика концентрація зірок у вигляді бруски (бару), яка перетинає ядро і що простягається симетричним чином у обидві сторони. Дані вимірів швидкостей у яких показують, що бари обертаються навколо ядра як тверді тіла, хоча, зрозуміло, на насправді складаються із окремих зірок і газу. Бари, які в галактиках SO чи Sa, більш рівні й складаються лише з зірок, тоді як бари в галактиках типів Sb, Sc і Irr часто є багато газу та пилу. Досі точаться суперечки про рухах газу цих барах. Деякі дані свідчать, що газ тече назовні вздовж бару, а, по інших даних, він тече всередину. У кожному разі, існування барів не дивує астрономів, вивчаючих динаміку галактик. Чисельні моделі показують, що нестійкості в диску обертовою галактики виявлятися у вигляді бару, нагадує наблюдаемые.

До неправильним галактикам Хаббл відніс всі об'єкти, які вдавалося зарахувати ні з эллиптическим, ні з спиральным.

Більшість неправильних галактик схожі одна на друга. Вони надзвичайно фрагментарні і над ними можна розрізнити окремі найяскравіші зірки й області гарячого випромінює газа.

Деякі неправильні галактики мають добре помітний бар і в багатьох їх можна розрізнити шматки структури, нагадує фрагменти спіральних рукавов.

Характеристики неправильних галактик є цілком иррегулярными. Але вони багато спільних рис, службовців зазначенням на причини хаотичності їх видимої форми. Всі ці галактики багаті газом і майже всі є багато молодих зірок і хмар світного ионизованного газу, часто великих і яскравих. Жодна з галактик немає центрального балджа чи якогось реального ядра. Розподіл яскравості неправильних галактик загалом падає під час переходу від центру назовні по того ж таки математичного закону, як і спіральних галактиках. Чимало понять з них мають у своєму центральних областях структури типу бару — особливо хорошим прикладом є Велике Магелланову Облако.

Неправильна форма у галактики можливо, у слідстві те, що вона встигла прийняти правильної форми через малої щільності в ній матерії чи то з молодого віку. Є й інша версія: галактика може бути неправильної у слідстві спотворення форми внаслідок взаємодії з іншого галактикою (див. рис. пошкодженій галактики NGC6745).

Обидва випадки зустрічаються серед неправильних галактик, то, можливо, з цим пов’язано поділ неправильних галактик на два подтипа.

Підтип I1 характеризується порівняно високої поверхневою яскравістю і складністю неправильної структури. Французький астроном Вокулер в деяких галактиках цього підтипу виявив ознаки зруйнованої спіральної структури. З іншого боку, Вокулер зауважив, що галактики цього підтипу часто зустрічаються парами. Існування одиночних галактик як і можливо. Пояснюється це тим, що зустріч із інший галактикою могла мати минулого, тепер галактики розійшлися, але у тому, щоб узяти знову правильної симетричної форми їм потрібен тривалий время.

Інший підтип I2 відрізняється дуже низької поверхневою яскравістю. Ця риса виділяє їх серед галактик від інших типів. Галактики цього підтипу відрізняються як і відсутністю яскраво вираженої структурности.

Якщо галактика має дуже низьку поверхневу яскравість при звичайних лінійні розміри, це означатиме, що дуже мала звёздная щільність, і, отже, дуже мала щільність материи.

Важливим натяком те що, як утворюються неправильні галактики, є результати порівняння їхніх светимостей зі светимостями спіральних галактик. Майже всі значно слабше навіть найменш яскравих спіральних галактик. Спіральна галактика М33, що становить приблизно нижню межу діапазону светимостей спіральних галактик, досі яскравіше Великого Магелланова Хмари — однією з найяскравіших не правильних галактик. Отже, відсутність спіральних рукавів у неправильних галактик, очевидно, пов’язане з їхнім малістю. Можливо, це було пов’язано і з величиною кутового моменту галактики і інтенсивністю турбулентных рухів у ній. Площині неправильних галактик щодо товщі, ніж в спіральних; це дозволяє припускати, що обертання зірок і є настільки повільне, що спіральні рукави не виникають. З іншого боку, якщо обертання було надто повільним, то галактика не сплющилася до площині - неважливо, товстої або з тонкої - і утворилася б масивна карликова еліптична галактика.

Насправді ми можемо упевнено сказати, як і зв’язок карликових еліптичних і карликових неправильних галактик. Відповідно до традиційних уявлень, зірки в еліптичних галактиках дуже старі (їх вік 10 і більше мільярдів років), тоді як неправильні галактики містять як старі, і молоді зірки. Проте і деякі свідчення на користь те, що у деяких карликових еліптичних галактиках — наприклад, в карликовою галактиці в сузір'ї Кіля — ще 2−3 мільярди років тому відбувався активний процес зореутворення, і під час цих епізодів їм було запропоновано виглядати, як карликові неправильні галактики. Це важливе висновок, оскільки динамічні пояснення відмінностей галактик цих двох типів доведеться відкинути у разі, якщо можуть вільно переходити вже з типу на другий і обратно.

Є також галактики, котрим характерно відсутність ядра — потовщення, спостережуваного у центральній части.

Такі галактики називають иглообразными.

На початку 1960;х років сучасності було відкрито безліч далеких компактних галактик, у тому числі найбільш далекі зі свого виду не відрізнити зірок навіть у найсильніші телескопи. Від зірок вони різняться спектром, у якому видно яскраві лінії випромінювання із величезними червоними зміщеннями, відповідними таким великим відстаней, у яких навіть дуже яскраві одиночні зірки неможливо знайти видно. На відміну від далеких галактик, які, через поєднання істинного розподілу енергії у тому спектрі і червоного усунення виглядають червонястими, найбільш компактні галактики (яких називають також квазозвездными галактиками) мають блакитнуватий колір. Зазвичай, ці об'єкти у в сотні разів яскравіше звичайних сверхгигантских галактик, але є і слабкі. В багатьох галактик виявлено радіовипромінювання нетепловой природи, виникає, відповідно до теорії російського астронома И. С. Шкловского, під час гальмування у магнітному полі електронів і важчих заряджених частинок, рухомих зі швидкостями, близькими до швидкості світла (зване синхотронное випромінювання). Такі швидкості частки одержують у результаті грандіозних вибухів всередині галактик.

Компактні далекі галактики, які мають потужним нетепловым радиоизлучением, називаються N-галактиками (чи Активними Галактиками).

Зіркоподібні джерела з такою радиоизлучением, називаються квазарами (квазозвездными радиоисточниками), а галактики які мають потужним радиоизлучением і мають помітні кутові розміри, — радиогалактиками. Радіогалактики, мають особливо потужне нетепловое радіовипромінювання, мають переважно еліптичної формою, але трапляються й дещо спиральные.

Великий інтерес викликають звані галактики Сейферта. У спектрах їх на невеликих ядер є багато дуже широкі яскравих смуг, які свідчать про потужних викидах газу з їхньої центру зі швидкостями, сягаючими кілька тисяч км/сек. Вчені припускають, що у центрах галактик Сейферта перебувають сверхмассивные чорні діри, які викидають дуже багато гравітаційної енергії. Частина енергії в нагрітої плазмі вивільняється як гамма-излучения.

Близькі до нас радіогалактики вивчені повніше, зокрема методами оптичної астрономії. У декого з тих виявлено поки що не розгадані остаточно особенности.

Під час вивчення неправильної галактики М82 в сузір'ї Великої Ведмедиці американські астрономи А. Сандж і Ц. Линдс в 1963 року дійшли висновку, що її центрі близько 1,5 мільйонів років тому вони стався грандіозний вибух, у результаті якого в різні боки зі швидкістю близько 1000 км/сек були викинуті струменя гарячого водорода.

Опір міжзоряному середовища завадило поширенню струменів газу екваторіальній площині, і вони потекли переважно у двох противоположенных напрямах вздовж осі обертання галактики. Цей вибух, повидимому, породив і безліч електронів зі швидкостями, близькими до швидкості світла, що були причиною нетеплового радиоизлучения.

Отже, радіогалактики — це галактики, які мають ядра перебувають у процесі розпаду. Викинуті щільні частини, продовжують дробитися, можливо, утворюють нові галактики — сестри, чи супутники галактик меншою маси. У цьому швидкості розльоту осколків можуть досягати величезних значень. Дослідження засвідчили, що чимало групи і навіть скупчення галактик розпадаються: їх члени необмежено видаляються друг від одну немов коли вони всі були породжені взрывом.

Хоча й просуваємося вперед, ще багато чого треба дізнатися про будову галактик. Ми можемо досягти більшого, ніж просто описувати відмінності, ми можемо багатьом їх дати пояснення. Проте невирішених проблем дуже багато і астрономам доведеться творчо обмірковувати їх у протязі багатьох лет.

|3. Причини відмінності галактик |.

Ще з часів Хаббла астрономи намагалися встановити, під впливом яких процесів галактики приймають той чи інший форму. У деяких із ранніх теорій передбачалося, що різні типи галактик є еволюційну послідовність. Вважалося, що галактики виникають і об'єкти одного типу, і поступово під час еволюції перетворюються на об'єкти іншого типу. За однією з таких гіпотез, галактики починають свій еволюційний шлях як еліптичні, потім в них розвивається спіральна структура і, нарешті, ЄС розпадається, і об'єкт перетворюється на хаотичну неправильне галактику. Інші астрономи припускали протилежний зміст еволюції: галактики виникають і неправильні, закручуючись, перетворюються на спіральні і завершують свою еволюцію у дуже простій і симетричній еліптичної формі. У основі обох теорій була гіпотеза — про тому, що тип галактики пов’язані з її віком. Жодна з теорій не спиралася на будь-якої фізичний фундамент, обидві спростували багаторічними дослідженнями. Щойно астрономи зрозуміли процес зоряної еволюції і навчилися визначати вік зірок (ця зустріч стала можливе 50-х роках), виявилося, що галактики всіх типів мають приблизно однаковий вік. Майже у кожному галактиці присутній хоча трохи зірок з віком кілька мільярдів років. Звідси випливає, що еліптичні, ні неправильні галактики неможливо знайти старше остальных.

Проте еліптичні галактики складаються майже із старих зірок, тоді як галактики інших хаббловских типів містять щодо більше молодих зірок. Отже, хаббловская послідовність усе-таки має деякий стосунок до віком. Повидимому, форма галактики пов’язана з швидкістю освіти у ній нових молодих зірок вже після його народження, отже, і із розподілом зірок по віком. У еліптичних галактиках обмаль зірок виникло після стадії освіти галактики і тому ми бачимо тут незначна кількість молодих зірок. У галактиках типу Sa зірки продовжують утворюватися досі, але швидкість цього процесу невелика, в галактиках типу Sb темп зореутворення вище, галактики типу Sc дуже активні, а найбурхливіше звездообразование відбувається у галактиках типу Irr 1.

Ці результати навели дослідників на думка, що послідовність хаббловских типів впорядковує галактики за рівнем збереження ними газу та пилу: неправильні галактики зберегли більшу частину свого газу та своєї пилу для поступового народження нових і нових зірок, тоді як еліптичні галактики витратили майже весь свій вихідний газ на першу вибухову спалах зореутворення. Але як відмінність у кількості збереглися газу та пилу призвело до настільки який вирізняється формам? Це буде розглянутий далі у розділі, присвяченій розгляду процесу освіти галактики. Відповідно до сучасним уявленням (сьогодні вже підтвердженим результатами різноманітних досліджень) дві найважливіші чинника, визначальних форму галактики, це, уперших, початкові умови (маса кафе і момент обертання) і, по-друге, оточення (тобто. членство в скупченні або наявність близьких супутників). У цьому плані галактика справляє враження людини: її характер залежить як від спадковості, і від суспільства, у якому вона «спілкувалась » .

|4. Еволюція галактик |.

Одне із завдань сучасної астрономії - зрозуміти, як утворилися галактики і як еволюціонують. За часів Едвіна Хаббла і Харлоу Шепли було заманливо вірити у те, що типи галактик відповідають різним стадіям їх розвитку. Однак це гіпотеза виявилася зрадливої, і завдання реконструкції історій життя, галактик виявилася важкою. А самій важкою виявилася проблема початкового виникнення галактик.

Природа Всесвіту на той час, коли ще існували галактики, невідома, і приписувані їй гіпотетичні характеристики значною ступеня залежить від обраній космологічної моделі. Більшість прийнятих нині космологічних моделей передбачає загальне розширення, починаючи з нульового моменту часу (відразу після якого Всесвіт має виключно високі щільність і температуру). Фізичні процеси, описують первинний вибух у тих моделях, можуть бути досить надійно простежені досі, коли щільність і температура стають досить низькими, щоб можна було освіту галактик. Приблизно 1 мільйон років знадобився у тому, щоб Всесвіт розширилася і охолола настільки, що речовина стало витрачати час на ній значної ролі. Доти переважало випромінювання, і згустки речовини, такі як зірки чи галактики, було неможливо утворюватися. Проте, коли температура стала рівної приблизно 3000 До, а плотность-около 1021 г/см3 (значно менше щільності земної атмосфери, але з меншою мері в мільярд разів більше сучасної щільності Всесвіту), речовина, нарешті, змогло формуватися. Саме тоді в достатній кількості могли утворюватися лише атоми водню і гелия.

Хоча можна кілька механізмів освіти галактик з цього водородно-гелиевого газу, знайти хоча б одну модель, працюючу в ймовірних умовах ранньої Всесвіту, важко. Дуже мало резонів для освіти галактик в розширення Всесвіту з однорідним розподілом температури і ті речовини. У такій ідеалізованою Всесвіту ніколи галактик. Існування галактик у Всесвіті і видиме переважання їх як форм речовини свідчать, що догалактическая середовище неможливо нагадувала таке идеализированное газова хмара. Натомість мали існувати якісь неоднорідності. Проте якого типу ці неоднорідності і звідки вони взялись?

Більшість спроб знайти спосіб конденсації речовини Всесвіту в галактики засновані на гіпотезі, вперше докладно розробленої сером Джеймсом Джинсом. Хоча й нині приймається, що у ранньої Всесвіту газ розширювався відповідно до релятивістської космологічної моделлю, ідеї Джинсу грунтувалися більш простий ньютоновской моделі Всесвіту, де гравітаційна нестійкість виникає, коли згусток більш щільного речовини (званий обуренням) стає досить малим і щільним. Характерний розмір обурень щільності, що є тільки злегка нестійкими, називається джинсовской довжиною як було встановлено, вона залежить від швидкості звуку серед, постійної тяжіння і щільність вещества.

Джинсовская маса окреслюється маса речовини, яка може бути нестійкою й розпочати стискатися під впливом власного гравітаційного поля (див. рис.). За розрахунками, на початку «ери речовини «джинсовская маса становить близько 105 сонячних мас, отже, на той час історії Всесвіту обурення з цими масами і більше (що охоплює всі відомі галактики) мають стати нестійкими й стиснутися. Проста модель Джинсу Демшевського не дозволяє досліджувати ситуацію під час «ери випромінювання », позаяк у цій простій аналізі до уваги береться вплив тиску випромінювання на газ. Проте кілька астрономів і космологів досліджували складніший випадок за наявності випромінювання, і вивести результати приблизно узгоджуються з результатами, отриманими з допомогою простіших моделей.

У пошуках типу иррегулярности чи нестійкості, що призводить до сучасної Всесвіту, що з галактик, астрономи досліджували багато інших напрямів нестійкості, крім гравітаційних. У тому числі - можливе відсутність балансу речовини і антиречовини, теплові нестійкості, флуктуації, пов’язані з іонізацією і його залежності від температури і варіації розподілу заряда.

Якщо передбачається із міркувань симетрії, що його речовини у Всесвіті було і одно зараз кількості антиречовини, то сучасне існування речовини і антиречовини в ізольованих областях у Всесвіті, природно, то, можливо результатом невеликого локального нерівності компонентів у ранній Всесвіту по тому, як речовина і антиречовина відокремились від випромінювання. Під час розширення Всесвіту повна анігіляція відбудеться революції у тих галузях, де кількості речовини і антиречовини рівні, в якому було, де є вихідний надлишок однієї з них над іншим, частина речовини чи антиречовини залишиться (див. рис.). Розподіл речовини і антиречовини буде клоччастим і згустки будуть стискатися, створюючи скупчення галактик. Така всесвіт зрештою полягатиме зі шматочків речовини і антиречовини, розміщених у різних местах.

І тут близько половини видимих нами галактик полягатиме з антизвезд. Якщо ми вирушимо в подорож у місці і спробуємо зробити посадку на планету з антиречовини, то наші атоми бурхливо провзаимодействуют з атомами антиречовини дома посадки і вони анігілюють друг з одним, що викликає яскравий спалах світла, але навряд чи зробить візит дуже приємною. Від нас щось залишиться, крім діри на поверхні на згадку про нашої авантюре.

Більше ймовірна гіпотеза стверджує, що спочатку кількість речовини трохи перевершувало кількість антиречовини. Тоді більшість речовини мала проаннигилировать з антиречовиною на ранніх космічних фазах за високої щільності, залишивши купающуюся в променях світла Всесвіт з кількістю речовини, саме достатнім для освіти галактик.

Інший механізм, яку міг сприяти конденсації речовини — це теплова нестійкість. Області трохи підвищеної щільністю остигають швидше, ніж їх оточення. Більше гарячі оточуючі регіони сильніше стискають ці області, підвищуючи їх щільність. Отже, невеличке обурення щільності може ставати дедалі більше хистким (див. рис.).

Відповідно до є ще однією гіпотезі, запропонованої Георгієм Гамовым, гравітаційні сили можуть посилюватися «симулированной гравітацією », створюваної у ранній історії Всесвіту інтенсивним полем випромінювання. Частинки у такому Всесвіту, зазвичай, затінюють одне одного від випромінювання та в результаті відчувають дію сили, спрямованої від транспортування кожної частки до інший частинки. Ця сила, з якою частки піддаються дії друг друга, поводиться згідно із законом зворотних квадратів, подібно силі тяжіння. Можна, наприклад, уявити собі дві частки, розділені невеликим відстанню в багатому випромінюванням полі. Частинки поглинають енергію фотонів поля випромінювання та тому перебувають під впливом сил, які у різних напрямах. Розглянемо ситуацію, коли найменша частина поглинає фотон, приходячи із Брянського напряму, протилежного напрямку другу частку. Цю частку діє сила у бік другий частки. Оскільки фотон був поглинеться першої часткою, друга частка виявляється захищеної від поля випромінювання у цьому напрямі, і на неї діє сила переважно у напрямі першої частки. Через війну виникає ефект взаємного тяжіння двох частинок, викликаний їх взаємним затіненням від поля випромінювання. Встановлено, що це ефект тіні має значення тільки протязі приблизно перших 100 років існування Всесвіту, після чого інтенсивність випромінювання та ступінь близькості частинок уменьшается.

Після досягнення індивідуальними протогалактиками гравітаційної выделенности через якусь форму нестійкості в догалактическом газі, вони колапсують із заснуванням галактик значно менших ж розмірів та з великими плотностями, залишаючи проміжне простір майже порожнім. Реальний процес стискування можна досліджувати лише за допомогою теоретичного моделювання. Ще не відкрита галактика, про яку з упевненістю можна сказати, що вона молода проти оцінкою віку Всесвіту, і такою чином, немає об'єкта, спостережуваного на стадії стискування. Натомість треба досліджувати ті ключі до розуміння стану середовища до стискування, які можна отримати від сучасних характеристик галактик і з їхньої минулого, спостерігаючи об'єкти великих відстанях. Можна ще підходитимемо цієї проблеми, пропонуючи правдоподібні початкові умови і виконавши обчислення, щоб подивитися, чи можна дійти реалістичною картині внаслідок стискування вихідної протогалактики. Початкові умови, з яких ми повинні починати це вираховування, включають масу галактики, її кутовий момент, розміри, температуру, хімічні характеристики, магнітне полі, і внутрішні турбулентні движения.

Розглянемо найпростіше початкова стан, у якому властивості протогалактики такі, що вона є холодної, повністю однорідної по щільності, цілком сферичної і турбулентных рухів, магнітного поля і зовнішніх впливів. Під об'єкт, порівнянного щодо маси з Млечным Шляхом, порядку 1011 мас Сонця, такий набір початкових умов призводить до не остановимому колапсу. Гравітаційний потенціал такого об'єкта досить великий, щоб ніякої фізичний процес було зупинити його колапс в масивну чорну діру, і обчислення показують, що з короткий по космічним масштабам час такий об'єкт зникне (див. рис.). Об'єкт переходить через межа Шварцшильда, являє собою кордон, котру визначаємо у межах загальної теорії відносності і виникає при стисканні масивного тіла до настільки малих ж розмірів та величезних плотностей, що світло большє нє може уникнути нього. Об'єкт зникає для зовнішнього спостерігача бачимо лише його гравітаційного поля. Отже, найпростіші початкові умови взагалі призводять до утворення галактики.

Більше розумний набір початкових умов наступний: під час однієї з розглянутих вище процесів газова хмара вже звузилося до меж такої міри, що його стало стійким, попри розширення оточуючої Всесвіту; нехай буде щільність близько 10−28 г/см. Якщо прийняти це масу рівної 1011 сонячних мас, то зазначена щільність дає для сферичного хмари початковий радіус близько 200 кпк (проти 30 кпк — типового радіуса з цією маси після стискування). Щоб стиснення було можливим, кінетична, магнітна і гравітаційна енергії маємо бути відповідним чином збалансовані. Інші початкові умови, необхідних початку стискування, такі: швидкість обертання мусить бути мала — менш 40 км/с, температура — менше 2−105 До і напруженість магнітного поля мусить бути розумно мала — менше 2−107 гаусс.

Якщо розподіл щільності хмари залишається однорідним під час стискування, то гравітаційна енергія зростає назад пропорційно уменьшающемуся радіусу. З іншого боку, температура залишається приблизно однаковою до тих пір, поки щільність речовини стане така велика, що стане оптично товстим для випромінюваних довжин хвиль. Доти, як і станеться, теплова енергія (величина енергії руху частинок газу, т. е. температура) газового хмари залежить від радіуса, тільки після досягнення критичного значення щільності теплова енергія при зменшенні радіуса починає сильно зростати. Теплова енергія може зупинити стиснення лиш, коли радіус менше цього критичної позначки — теплового краю. Поки розміри хмари більше, турбулентная енергія байдужа, оскільки він швидко рассеивается.

Аналогічно, магнітна енергія, зростаюча при стисканні хмари, ніколи вбирається у гравітаційну енергію, якщо у неї менше гравітаційної енергії в початковий момент. У певний момент радіус стає досить малим, щоб енергія обертання врівноважила гравітаційну енергію — це визначає обертальний межа. При іншому критичному розмірі з газу конденсуються зірки й починається швидкий перехід від газового хмари до галактиці, що з зірок. Це конденсациочный межа. Остаточна доля сжимающегося хмари залежить від співвідношення цих критичних радіусів. Залежно від цього, який із них найбільший, з’являються три цікаві возможности.

Якщо найбільший радіус відповідає обертальному межі, то стиснення зупиняється обертанням (див. рис.). Проте відцентрові сили обмежені площиною обертання, отже стиснення у бік, перпендикулярному цієї площині, триває до освіти тонкого диска. Цей диск виділяється формою і наявністю обертання — це спіральна галактика.

Що стосується, якщо найбільшим є конденсаційний, межа, звездообразование починається доти, як ефекти обертання стають важливий чинник гальмування стискування. В міру зростання щільності темп зореутворення збільшується, і більшість газу проходить через цей процес. І тут, коли стиснення стає в відповідному межі, для ефективної диссипации енергії майже залишається газу або його залишається обмаль. Тому диск не утворюється. Відповідно до енергетичним умовам, об'єкт повинен після цього кілька розширитися до радіусом іншого критичної позначки. Орбіти зірок будуть такі, що галактика стане майже сферичної - залежно від розміру й розподілу початкового кутового моменту. Із цією властивостями — майже сферичної формою, відсутністю газу та велику кількість зірок, які утворилися поблизу початку його існування, об'єкт явно буде еліптичної галактикою (див. рис.).

У третьому разі, коли обертальний, ні конденсаційний межа не є істотно більшими, щоб зупинити стиснення, хмару все зменшується і зменшується, доки утворюється сверхмассивный зіркоподібний об'єкт. Можливо, це завжди буде чорна діра — невидима і майже необнаружимая.

Після здобуття галактикою форми такі стадії еволюції є повільними й менш ефектними. Зірки утворюються, вмирають і викидають багате важкими елементами речовина, який утворює нові зірки, галактика поступово тьмяніє і червоніє, хімічний склад її зоряного населення повільно змінюється принаймні збагачення газу та пилу, у тому числі утворюються наступні покоління зірок, важкими элементами.

Не можемо побачити, як галактика змінюється. Людське життя по меншою мірою один мільйон разів коротшим від, ніж треба при цьому. Але ми можемо спостерігати еволюційні ефекти, дивлячись пазад попри всі попередні стадії еволюції нашого Всесвіту, коли галактики виявляються молодшими. Найбільш далекі спостережувані нами нормальні галактики ми бачимо молодшими, ніж на наших сусідів. Світлану від галактики з відривом 10 мільярдів світлових років, наприклад, знадобилося 10 мільярдів років, щоб домогтися б нас і, таким чином, ми бачимо і вимірюємо зображення галактики, а її 10 мільярдів років за нашої. Якщо вік Всесвіту становить від 15 до 20 мільярдів років (точне значення ще впевнено встановлено), то вік що спостерігається галактики не перевищує третину віку галактик поблизу нас, світ яких сягає нас швидше. Зрозуміло, це міркування спирається на віру в одночасне стиснення й освіту всіх галактик невдовзі після Великого Вибуху, що підтверджено дослідженнями близьких галактик і передвіщається космологическими моделями.

А, аби побачити еволюцію галактик, треба дивитися віддаляються і далі. Відстань у перших два мільярда світлових років замало, щоб знайти зміни, а більш далекі галактики демонструють реальні відмінності, особливо помітні у тому квітах. Нещодавно при відстані близько 20 млрд світлових років справді виявлено справжнє вплив еволюції на кольору галактик. Використовуючи спеціальні детектори на 200-дюймовом Паломарском телескопі, астрономи пронаблюдали галактики 23-ї і 24-й величини з достатньої точністю, аби побачити, як виглядають молоді галактики. У значною мірою, як і прогнозують теоретичні моделі, галактики тоді були яскравими і голубыми.

Розрахунки Беатріс Тинсли, яка присвятила більшу частину свого короткій, але творчого життя вивченню еволюції галактик, допомогли астрономам зрозуміти деталі цих вікових ефектів. З моделей, створених Тинсли з працівниками, ми знаємо, що швидкість падіння яскравості і зміни кольору залежить багатьох обставин: розподілу зірок по масам, швидкості регенерації речовини в зірках, частки зірок, освічених при початковій спалах і багатьох інших. Нині спостережувані далекі галактики починають постачати нас цими подробицями. Це разюче — матимуть можливість впізнавати про події, що відбуваються на протязі мільярдів років. Ми це, переводячи годинник на мільярди тому, коли бачиш об'єкти на відстанях мільярди світлових лет.

Іншим помітним відзнакою молодих галактик в далеких частинах Всесвіту від галактик, подібних сучасним, є у минулому значно більшої кількості активних чи взрывающихся галактик. Щільність квазарів і радиогалактик зростає тоді, як ми ще дивимося віддаляються і далі. Ці об'єкти повинні бути набули поширення в ранню епоху існування Всесвіту. Сучасні теоретичні моделі припускають, що вони утворюються при колапс надмасивних об'єктів — можливо, чорних дір — в центрах галактик. Чорні діри досить безпечні, тоді як них нічого «кинути », але викликають дію бурхливі енергетичні процеси, якщо їх гравітаційному полю надто близько підходять зірки чи газ.

Можливо, молоді галактики, досі багаті непереработанным газом, були більш схильні до подачі цього газу центральні ядра, чому це роблять зараз старі галактики. Якщо там причаїлися чорні діри, то ці галактики скоріш спалахнуть, як квазари чи радіогалактики. Тепер, повидимому, така виключно бурхлива активність по більшу частину прекратилась.

|5. Маса галактик |.

Небагато років тому я однією з найбільш надійних областей позагалактичної астрономії було визначити мас галактик. З цією метою розробили хороші методи, зібрані дані великих вимірів і ми мали значення мас, який усе довіряли. Кілька викликають занепокоєння проблем виникла 60-ті роки, особливо у з масами, отриманими за даними вимірів швидкостей галактик в скупчення, які здавалися завеликими. Але загалом було відчуття, такі прості завдання, як визначення маси Чумацького Шляху чи галактики в Андромеді, решены.

Однак до 1980 р. стався дивовижний поворот, залишив нас зараз може повного здивування щодо масах галактик. Очевидно, ні одне із здобутих у минулому відповідей хибна через цілком несподіваного і по того часу не осознававшегося труднощі. Перш ніж, як кинутися з головою на цю загадку, зробимо огляд основних методів, які використовувалися астрономами у тих складних исследованиях.

Неважко оцінити загальну масу галактики, використовуючи дуже прості припущення, і спираючись на легко обчислювані величини. Наприклад, маса нашої Галактики можна оцінити з її відомому радіусу і числу зірок поблизу Сонця. Усі будується на простих, але дуже точних припущеннях про тому, що ми живемо у сфері з типовою зоряної щільністю і за формою наша Галактика близька до сфери. Якщо порахувати зірки на околиці Сонця і додати сюди масу газу та пилу, вийде щільність близько 3/100 сонячної маси на кубічний світловий рік. Радіус Галактики близько 15 тисяч світлових років, отож у припущенні сферичної форми обсяг становить близько 14 трильйонів кубічних світлових років. Загальна маса, ув’язнена в сфері, дорівнює твору обсягу на щільність, отже наше наближення дає величину 400 мільярдів мас Сонця. Цей результат дивовижно близький до значенням, одержуваним точнішими методами. Насправді справі щільність зірок з нашого Галактиці сильно змінюється від місця до місця й, зрозуміло, зірки не розподілені рівномірно всередині сфери. Проте простий підрахунок окремих зірок поблизу б нас і узагальнення локальної щільності дають хороше перше наближення й очевидне уявлення про величезності маси нашої Галактики.

Набагато найкращим методом визначення маси галактики є метод, заснований на вимірі швидкості обертання галактики. Метод не набагато складніше визначення маси Сонця за швидкостями орбітального руху планет. Якби Сонце було массивнее, що тепер, то Землі довелося б швидше рухатися навколо неї орбітою, інакше впала на Сонце. Менш масивне за Сонцем з меншою силою гравітаційного тяжіння означала б необхідність повільнішого руху Землі, інакше вона полетіла б у далекому космічний простір. Отже, швидкість руху Землі орбітою з точністю відповідає значенням для стійкою орбіти навколо зірки з безліччю до однієї солнечную.

Так само Сонце та інші зірки рухаються по орбітам навколо центру нашої Галактики зі швидкостями, определяемыми її масою. Якщо міряти швидкість і побачити розмір орбіти, можна обчислити масу, управляючу орбітою. Проте є одне складне становище. У Сонячну систему майже вся маса зосереджена Сонце — у центрі системи, тоді як і галактиці зірки розподілені в такий спосіб, що у болыпииство їх діє значна сила тяжіння із боку маси, розташованої поза (в протилежність тій, котру перебуває всередині) їх орбіт. Це означає, що загальну масу галактики можна визначити лише з швидкостям зірок в зовнішніх частинах, котрим вся галактика перебуває всередині орбіти зірки. Астроном має визначити швидкості зірок чи іншого речовини (зазвичай збуджений газ, оскільки його швидкість найлегше виміряти) по всьому протязі від центру краю у пошуках точки, де значення швидкостей стають схожими тих, що відповідають тільки внутрішньої масі. Це називається кеплеровской частиною кривою, оскільки саме Кеплер знайшов зв’язок між швидкостями планет і відстанями їх до Сонця — відкриття, яке привело Ньютона на відкриття закону тяжіння. Усередині кеплеровской частини кривою швидкості зірок збільшуються у міру віддалення від центру (див. рис.). Потім швидкість входить у постійний рівень, після чого крива обертання починає падати. За точкою повороту все швидкості кеплеровские і вони мають дати величину маси галактики. Для більшої точності астрономи підганяють весь набір швидкостей, вимірюваних що за різних положеннях, різні моделі розподілу маси галактиці, дізнаючись в такий спосіб щось звідси розподілі, і навіть значення загальної массы.

У 60-ті роки дослідження велися дуже інтенсивно. Астрономи визначили маси багатьох галактик і в цьому залежність між світністю галактики і його масою та між хаббловским типом та величезною кількістю. Зазвичай галактики типів Sa і Sb мали більше на одиницю світності, ніж галактики інших типів, тобто їх зірки загалом менш яскраві, ніж зірки в галактиках типу Sc і Irr. Всім типів таке враження, ніби крива обертання загинається вниз поблизу кордону що спостерігається області. Здавалося, природа так побудувала галактики, аби ми саме могли побачити на зовнішніх їх зірках початок кеплеровского руху. Криві добре погоджувалися на моделі розподілу маси, і розподіл речовини в галактиках виглядало дуже разумным.

Інший метод визначення мас галактик може бути застосований до тих з них, що належать до подвійних систем. Дві які звертаються навколо друг друга галактики мають підкорятися закону тяжіння Ньютона, який підтверджує залежність розмірів орбіт і швидкостей від мас галактик. Спостерігаючи всього одну подвійну галактику, годі сподіватися використовувати цього факту, оскільки орбітальні періоди становлять мільйони мільярди — це надто довго, щоб чекати. До того ж галактики видно лише з однієї напрями, отже не можна визначити кут нахилу орбіти до променю зору. Але це труднощів переборні, коли ми спостерігаємо багато подвійних галактик і визначаємо їх параметри статистично. Хоча поспіль не можемо простежити жодну цю пару протягом усього орбіти, можна підгледіти досить багато подвійних галактик, щоб одержати їх дуже середні массы.

Щоб врахувати дуже великий відмінність розмірів двох галактик при спостереженні подвійний системи, астрономи замість індивідуальних мас обчислюють середні значення відносин маси до світності. Це дозволяє компенсувати та обставина, що як яскрава галактика буде ще й більш масивною. Наприклад, для подвійний галактики, що з еліптичної галактики дуже високої світності та її невеличкої еліптичної галактики, можна взяти однакові значення відносин маси до світності, та їх рух нічого очікувати однаковим. Менша галактика рухатиметься навколо загального центру мас швидко, а велика — повільно. Оцінка середньої маси приблизно посередині не залишиться характеризувати жодної з галактик, але обчислені для всієї системи відносини маси до світності дозволять астроному визначити індивідуальні маси кожної з галактик. Насправді це потрібно проробити багатьом пар еліптичних галактик — для обліку різних кутів нахилу і форм орбит.

Результати дослідження пар галактик різних типів дивні. Замість здобуття права отримати відносини маси до світності від 1 до 10 (це діапазон значень окремих галактик, досліджених з допомогою згаданих вище методів), астрономи отримали значно більші величини. Типове значення для пар еліптичних галактик близько 75, а пари спіральних галактик потрапляють у інтервал від 20 до 40. Ці значення поставили які отримали їхні людей у безвихідь й такі відрізнялися від очікуваних, хто був вжито значних зусиль, аби з’ясувати, як результати могли спотворитися. Можливо, у чомусь припущення були невірні? Можливо, галактики в парах із певної причини еволюційного характеру істотно массивнее (для своєї світності), ніж відокремлені галактики. Або, бути може, статистичний підхід був у чимось порочний? Через ці сумнівів астрономи намагалися ставитися до результатів, отриманим по подвійним галактикам, обережно. Цього не слід було робити, а треба було перенести свої підозри більш традиційні методи. Як це випливає з наступних розділів, наявні дані свідчать, що подвійні галактики дають кращі результати, чому ми думали.

Галактики зазвичай перебувають у групах: вони об'єднуються. Деякі, на кшталт Чумацького Шляху, належать до невеликим організаціям на кшталт Місцевій групи, тоді як інші належать до величезних скупчень, містять тисячі галактик. В усіх випадках цю обставину дає в руки іще одна метод визначення мас галактик. Зі скупчення кожна галактика рухається відповідно до силою тяжіння із боку інших об'єктів. Наскільки швидко вони у середньому рухаються, залежить від середнього відстані з-поміж них й від їхніх мас. Ситуація аналогічна ситуації з дисперсией швидкостей зірок в галактиці, але сьогодні ми розглядаємо рух окремих галактик в скупченні. Якщо припустити, що скупчення галактик стійкі, тобто не охлопываются і розлітаються, то рух окремих членів і відстані з-поміж них мусять дати оцінку їх масс.

Проблема з цим методом у цьому. що він також, як здавалося. давав неправильний відповідь. Коли на початку 1960;х років в такий спосіб вперше визначено відносини маси до світності, результати виявилися разючими. Замість значень близько 1 — 10 отримано величини, рівні сотням і навіть тисячам. Які ж його то, можливо неправильним? Запропоновані численні гіпотези включали можливість розширення скупчень, їх стискування, можливість, що вони складаються з аномально масивних галактик, що у скупчення багато подвійних галактик (що веде до великим значенням вимірюваних швидкостей) або що між галактиками в скупчення багато межгалактического речовини — досить, щоб затьмарити гравітаційне полі самих галактик. Нині з більшу довіру дивимося на результати, отримані з скупчень, ніж спочатку. Немає сумніву, що це перелічені чинники грають деяку роль, головне пояснення зовсім інша. Галактики постійно приховували ми жахливу таємницю: вони сповнені загадковим «темним речовиною » .

Знання приходить до нас різними шляхами, але самий хвилюючий відомий під назвою «прорив ». Він відбувається по тому. як вчені на кілька днів хіба що «застряють «і розуміють, що бракує: якийсь важливий фрагмент знання одразу на порозі, але вислизає і залишається не знайденим. Дослідження мас галактик минуло через таку фазу, коли більшість астрономів відчувала, що у цій галузі науки витратило не отже якийто важливий факт не зрозуміла. Результати вимірів мас у різний спосіб не погоджувалися, і особливо гострої була проблема для скупчень галактик. Ця сфера науки точно потребувала прорыве.

Першою ознакою наближення прориву було недавнє дослідження нейтрального водню в M31. Коли було виявлено заміряний газ на дуже великій відстані від ядра, крива обертання відмовилася врізати дуба донизу й стати кеплеровской (див. рис.). Далеко те місцем, де за оптичним даним було досягнуто загин кривою, нові результати для нейтрального водню свідчили у тому, що швидкість залишається майже постійної. Це можна, лише коли більше перебувають у далеких областях якогось невидимого гало навколо M31 далеко поза видимих частин галактики. Вжиті враховувати всі можливі типи об'єктів, які можуть пояснити цю масу. Передбачалося, що що можуть бути дуже тьмяні червоні зірки чи газ, ионизованный в такий спосіб, що його не можна спостерігати як нейтральний водень. Але це прості гіпотези, як і і інші, включавшие всі відомі об'єкти, спростували різноманітних точними спостереженнями. Маса же не бути нічим простым.

Тим часом з’явилися інші дані, що свідчили про поширеності подібних масивних гало з невидимого речовини у галактик. Більше витончені теоретичні моделі вимагали наявності дуже масивних гало задля збереження стійкості що спостерігається пласкою частини спіральних галактик. Стверджувалося, що плаский компонент галактики зруйнується, якщо його утримуватися переважним тяжінням оточуючої массы.

При спостереженні інших галактик крім M31. Включаючи нашу власну, стали виявляти, що який загин кривою обертання був у багатьох випадках просто невеличкий флуктуацией. До 80-х років склалося враження, що немає галактик, маса яких криється у видимому диску. Тепер виявлено кілька галактик, котрі демонструють в зовнішніх частинах кеплеровскую криву, але переважно випадків тут інше. Більшість оптичних і радиокривых, очевидно, зберігає постійну швидкість аж аж до далекої доступною спостереженням точки — навіть за використанні для реєстрації найбільш слабкого випромінювання найпотужнішого сучасного устаткування. Рідко більшість речовини в галактиках міститься у межах видимих зображень. Навпаки, переважна більшість маси галактики розташована за тими межами, де, як здається, вона кончается.

Якщо в галактик дійсно є ще темні гало. то обговорювані вище протиріччя можна було зрозуміти. Метод кривою обертання дає лише рекомендацію масу всередині меж, обмежених самої зовнішньої з точок, де проводили виміру, а метод дисперсії швидкостей каже нам лише про ставлення маси до світності у центрі, роблячи необхідної екстраполяцію на зовнішні області з використанням розподілу яскравості визначення повної маси. Жоден з цих методів неспроможна знайти масивні невидимі гало. Але вони виявляються методом подвійних галактик, оскільки галактики звертаються одна навколо інший по орбітам, найчастіше розташованих у основному чи цілком поза масивних гало окремих членів. Аналогічно метод скупчень також має бути індикатором загальної маси галактик.

У кодексі ході розвитку подій прикро те, що якщо нові великі обмірювані значення мас правильні, то, при сучасних астрономічних дослідженнях більшість Всесвіту немає. Більшість речовини у космосі криється у якійсь невідомій формі в масивних гало галактик і те, що ми бачимо як галактики, — лише вершини дуже великих айсбергів. Грандіозні спіральні галактики є лише кістяками величезних таємничих привидів, природа яких ще залишається неизвестной.

Для пояснення невидимого речовини в гало галактик запропонували багато типів об'єктів. Коли фізики вперше припустили, що з крихітної частки під назвою нейтрино то, можливо невеличка маса (доти вважалося, що маса спокою частки дорівнює нулю), хтось відразу сказав, що гало можуть бути з нейтрино. За появи повідомлення про відкриття фізиками монополя (окремого ізольованого магнітного полюси) з мізерно малої масою, хтось відразу припустив, що гало можуть бути з монополей. За появи інших можливостей завжди, здавалося, сподівалися пояснити склад гало галактик, На жаль, зараз схоже, що нейтрино не має маси, а єдиний виявлений монополь міг стати помилкою експерименту, отже, мабуть, жодного з цих об'єктів не вирішить нашу проблему. Ми залишилися з вельми невеликим списком неймовірних об'єктів, жодного з яких, схоже, нам не підходить. У списку є всі об'єкти, які можна придумати, мають масу чуток і у своїй невидимі в галактиках. Наприклад, планети на кшталт Землі, не супроводжувані світної зіркою, матимуть масу чуток і випромінювати у своїй замало світла, щоб бути виявленими. Підійдуть ще й менші об'єкти — кам’яні брили чи дрібні камінчики. Проблема з цими об'єктами у цьому, що хто б може придумати спосіб їх виробництва, у достатню кількість. Можна досить впевнено стверджувати, що планета неспроможна утворитися, якщо поблизу немає зірки, і те вірно для кам’яних брил. Єдині гідні розгляду об'єкти — чорні діри, масивні і щось випромінюючі, котрі якимось чином можуть утворюватися в зовнішніх частинах протогалактик. Хай це було — чорні діри, кам’яні брили чи екзотичні субатомные частки — можливість, що більшість Всесвіту ми прихована, викликає серйозну занепокоєність. Ми у великому і подавляюще темному космічному хмарі, лише деінде освітленому свечами.

|6. Будова нашої Галактики |.

Найважливішою особливістю небесних тіл був частиною їхнього властивість об'єднуватися в системи. Земля і її супутник Місяць утворюють систему з цих двох тіл. Оскільки розміри Місяця непогані малі тоді як розмірами Землі, то деякі астрономи схильні розглядати Землю і Місяць як подвійну систему Юпітер і Сатурн відносини із своїми супутниками — приклади багатших систем. Сонце, дев’ять планет зі своїми супутниками, безліч малих планет, комет і метеорів утворюють систему вищого порядку — у Сонячній системі. Не утворюють чи систем і звезды?

Перше систематичне дослідження цього питання виконав на другий половині 18 століття англійський астроном Вільям Гершель. Він робив у різних областях неба підрахунки зірок, можна побачити до поля зору його телескопа. Виявилося, що у небі можна намітити велике коло, розтинання все небо на частини і у якого тим властивістю, що з наближенні до нього зі будь-який боку число зірок, видимих до поля зору телескопа, неухильно зростає і самому колі стає невеликим. Саме вздовж цього кола, названих галактичного екватора, стелиться Чумацький Шлях, опоясывающая небо трохи світна смуга, освічена сяйвом неяскравих далеких зірок. Гершель правильно пояснив знайдене їм явище тим, що спостережувані нами зірки утворюють гігантську зоряну систему, яка сплюснена до галактичному экватору.

І все-таки, хоча за Гершелем дослідженням будівлі нашої зоряної системи — Галактики займалися відомі астрономи — У. Струве, Каптейн і інші. Саме уявлення про існування Галактики як відособлену зоряної системи було до того часу, поки їх виявлено об'єкти, які перебувають поза Галактики. Це було лише у 20 роки ХХ століття, з’ясувавши, що спиралеобразные та інших туманності є гігантськими зоряними системами, які перебувають на величезних відстанях ми і порівнянними за будовою і розмірах із нашої Галактикой.

З’ясувалося, що є багато інших зоряних систем — галактик, дуже різних за форми і за складом, причому у тому числі є галактики, дуже близькі на форумі нашу. Ця обставина виявилося дуже важливим. Наше становище всередині Галактики, з одного боку, полегшує її дослідження, з другого — утрудняє, оскільки з вивчення будівлі системи вигідніше її розглядати не зсередини, а зі стороны.

Форма Галактики нагадує круглий сильно стиснений диск. Як вона та диск, Галактика має площину симетрії, відділяють її в рівні частини й вісь симетрії, яка стелиться через центр системи та перпендикулярну до площинам симетрії. Але в будь-якого диска є точно змальована поверхню — кордон. Тож у нашої зоряної системи такий чітко окресленої кордону немає, як і немає чіткої верхньої межі у атмосфери Землі. У Галактиці зірки розташовуються то тісніше, чим ближче дане місце до площині симетрії Галактики і що ближче воно до її площині симетрії. Найбільша звёздная щільність у центрі Галактики. Тут за кожен кубічний парсек доводиться кілька тисяч зірок, тобто. у областях Галактики (в балдже) звёздная щільність в багато разів більше, ніж у околицях Сонця. При віддаленні площини і осі симетрії звёздная щільність убуває, при що ж під час видалення від площині симетрії вона убуває значно швидше. У цій якщо б ми домовилися вважати кордоном Галактики ті місця, де звёздная щільність вже дуже мала і як одну зірку на 100 пс, то окреслений цієї кордоном тіло було надто стиснутим круглим диском. Якщо кордоном вважати область, де звёздная щільність ще менший прибуток і становитиме зірку на 10 000 пс, то знову окресленої кордоном тіло буде диском приблизно тієї ж форми, але великих розмірів. По цьому не можна цілком виразно казати про розмірах Галактики. Якщо всетаки межами нашої звёздной системи вважати місця, де одна зірка посідає 1 000 пс простору, то діаметр Галактики приблизно дорівнює 30 000 пс, а її толщена 2 500 пс. Отже, Галактика — справді сильно стиснута система: її діаметр — удванадцятеро більше толщины.

Кількість зірок в Галактиці величезна. За сучасними даними воно перевершує сто мільярдів, тобто. приблизно 25 разів перевищує число жителів нашої планеты.

Існування газу просторі між зірками було вперше виявлено за присутністю в спектрах зірок ліній поглинання, що викликаються межзвёздным кальцієм i межзвёздным натрієм. Ці кальцій і натрій заповнюють все простір між спостерігачем й зіркою і з зіркою безпосередньо не связаны.

Після кальцію і натрію було встановлено присутність кисню, калію, титану, а інші елементи, деяких молекулярних сполук: циана, вуглеводнів і др.

Щільність межзвёздного газу можна визначити за інтенсивністю його ліній. Як слід було очікувати, вона виявилося дуже малій. Щільність межзвёздного натрію, наприклад, біля площині Галактики, де зараз його найбільш щільний, відповідає одному атома на 10 000 див простору. Тривалий час не вдавалося знайти межзвёздный водень, хоча у звёздах він є багатий газ. Це особливостями фізичного будівлі атома водню і характером поля випромінювання Галактики. Поблизу площині Галактики один атом водню посідає 2−3 см3 простору. Це означає, що площину всієї газової матерії близько площині Галактики становить 5−8 * 1025 см³, маса газу та інші елементи мізерно мала.

Распределён межзвёздный газ нерівномірно, місцями створюючи хмари з щільністю вдесятеро перевищує середню, а місцями створюючи розрядження. При віддаленні площині Галактики середня щільність межзвёздного газу швидко падає. Загальна його маса в Галактиці становить 0,01−0,02 загальної маси всіх звёзд.

Зірки — гарячі гіганти, випромінюючі дуже багато ультрафіолетових квантів, ионизируют навколо себе межзвёздный водень в значної області. Розмір зони іонізації на вельми значною мірою залежить від температури і світності зірки. Поза зон іонізації майже весь водень перебуває у нейтральному состоянии.

Отже, все простір Галактики можна розділити на зони іонізованого водню і водню неионизирован. Датський астроном Стремгрен теоретично показав, що поступового переходу від області, де водень практично весь ионизирован, до області, де зараз його нейтральний, нет.

Нині розроблений метод визначення закону обертання всієї маси нейтрального водню Галактики за сукупністю профілів його емісійною лінії 21 див. Можна припустити, що нейтральний водень в Галактиці обертається як і або схоже ж, як і самі Галактика. Тоді стає водночас відомим і закон обертання Галактики.

Цей метод нині дає найнадійніші даних про законі обертання нашої зоряної системи, тобто. дані про те, як змінюється кутова швидкість обертання системи з мері видалення від центру Галактики до її окраїнним областям.

Для центральних областей кутову швидкість обертання поки визначити не вдається. Як бачимо, кутова швидкість обертання Галактики зменшується за мері видалення її від центру спочатку швидко, та був повільніше. З віддалі 8 спс. від центру кутова швидкість дорівнює 0, 0061 на рік. Це відповідає періоду звернення 212 млн. років. У районі Сонця (10 спс. від центру Галактики) кутова швидкість дорівнює 0, 0047 на рік, причому період обертання 275 млн. років. Зазвичай саме цю величинуперіод обертання Сонця разом із околишніми зірками близько центру нашої зоряної системивважають періодом обертання Галактики і називають галактичним роком. Але треба розуміти, що загального періоду для Галактики немає, вона обертається не як тверде тіло. У районі Сонця швидкість дорівнює 220 км/с. Це означає, що у своєму русі навколо центру Галактики Сонце та місцеві зірки пролітають в секунду 220 км.

Період обертання Галактики у районі Сонця дорівнює приблизно 275 млн. років, а області, розташовані від центру Галактики далі Сонця, роблять оборот повільніше: період обертання зростає на 1 млн. років при збільшенні відстані від центру Галактики приблизно на 30 пс.

Крім газу просторі між зірками є порошини. Розміри їх дуже малі й розташовуються на значних відстанях друг від друга; середнє відстань між порошинамисусідами становить близько сотні метрів. Відтак середнє щільність пилової матерії Галактики приблизно 100 раз менше загальної маси газу та в 5000- 10 000 разів менша загальної маси всіх зірок. Тому динамічна роль пилу в Галактиці дуже незначна. У Галактиці пилова матерія сильніше поглинає блакитні і сині промені, ніж жовті і красные.

У деякому сенсі туман, куди занурена Галактика, істотно відрізняється від туману, який ми бачимо Землі. Відмінність у тому, що все маса пилової матерії має вкрай неоднорідну структуру. Вона не розподілено гладким шаром, а зібрано в окремі хмари різної форми і середніх розмірів. Тому поглинання світла Галактиці носить плямистий характер.

Пилова і газова матерії в Галактиці зазвичай перемішані, але пропорції у різних місцях різні. Зустрічаються газові хмари, у яких пил переважає. Для позначення розсіяною в Галактиці матерії газу, пилу й суміші газу та пилувживається загальний термін «дифузна матерія» .

Форма Галактики трохи відрізняється від диска тим, що у центральної частини її є потовщення, ядро. Це ядро, хоча у ньому зосереджено велика кількість зірок, довгий час не вдавалося спостерігати, що близько площині симетрії Галактики разом із світної матерією зірок є величезні темні хмари пилу, які поглинають світло летять по них зірок. Між Сонцем і центр Галактики розміщено дуже багато таких темних пилових хмар різної форми і товщини, і вони закривають ми ядро Галактики. Проте розгледіти ядро Галактики все-таки удалось.

У 1947 року американські астрономи Стеббинс і Уитфорд використовували що з телескопом фотоелемент, чутливий до інфрачервоним променям, і зуміли окреслити контури ядра Галактики. У 1951 року радянські астрономи В. И. Красовский і В. Б. Никонов отримали фотографії ядра Галактики в інфрачервоних променях. Ядро Галактики не було дуже великих, його діаметр становила близько 1300пс. Та все ж присутність ядра у центральній області Галактики утолщает цю галузь, форму Галактики тепер можна порівняти не просто з диском, і з дискообразным колесом, у яких у частині потовщення — втулку.

Центр ядра Галактики — це центр нашої зоряної системи. Матерія у центрі Галактики має високий температуру й у стані бурхливого движения.

Усередині величезної звёздной системи — Галактики багато зірки об'єднані в системи меншою чисельності. Кожна з цих систем можна розглядати як колективний член Галактики.

|7. Склад нашої Галактики |.

Найменші колективні члени Галактики — це подвійні і кратні зірки. Так називаються групи з цих двох, трьох, чотирьох і більше зірок, в яких зірки утримуються близько друг до друга завдяки взаємному притяганню відповідно до Закону всесвітнього тяжіння. У подвійних і кратних звёздах такі величезні тіл — зірок (сонць) чи кілька. Вони притягають одне одного, утримують одне одного й, можливо, інші тіла менших мас всередині порівняльного невеликого объёма.

Відстань, те що розмежовує компоненти подвійних зірок, можуть бути різні. У тісних подвійних вони так близькі одне одного, що відбуваються складні фізичні процеси взаємодії, пов’язані з ознаками приливов.

У широких парах відстань між компонентами становить десятки тисяч астрономічних одиниць, періоди звернень такі великі, що вимірюються тисячоліттями і орбітальне рух при спостереженнях не вдається знайти. Связуемость компонентів в системах визначають з їхньої відносної близькості на небо та по спільності власного движения.

Серед 30 найближчих до нас зірок 13 входять до складу подвійних і потрійних систем. Вимірювання швидкість руху зірок з їхньої орбітам дозволило оцінити масу зірок, які входять у подвійні системи. Виявилося, що у такому випадку зірки різні. Деякі їх щодо маси поступаються Сонцю, інші перевершують його. У цьому всім зірок, зокрема й у Сонця, виконується умова — що більше світність зірки, тим більше й її маса. Вдвічі більшої масі відповідають приблизно вдесятеро велика світність, отже розбіжність у светимостях в зірок значно більше, ніж розбіжність у массах.

Подвійні і кратні зірки часто складаються з зірок різних типів, наприклад, зірка білий гігант може комбінуватися з карликом, чи жовта зірка середньої світностіз гигантом.

Більше великими колективними членами Галактики, ніж подвійні і кратні зірки, є розсіяні звёздные скупчення. Ці скупчення містять від кілька десятків за кілька сотень зірок, найбільші - до двох тисяч зірок. Термін «розпорошеного» скупчення спричинена тим, що порівняно невеличка чисельність зірок в скупчення Демшевського не дозволяє впевнено окреслити форму скопления.

У розсіяних скупчень характерний склад. Вони не часто трапляються червоні і жовті гіганти і немає немає червоних, і жовтих сверхгигантов. У той час білі і блакитні гіганти — неодмінні члени розсіяних скупчень. Тут частіше, ніж у сусідніх місцях Галактики, можна зустріти і дуже рідкісні зірки — білі і блакитні надгіганти, тобто. зірки високої температури та Ющенка надзвичайно високої світності, котрі випромінюють, кожна у сотні тисяч і навіть мільйони разів більше, чим наша Солнце.

Розсіяні скупчення розташовуються дуже близько до площині симетрії Галактики. Більшість їх лежить майже напевно у цій площині. Кількість занесённых в каталоги розсіяних звёздных скупчень перевищує на цей час тисячі. Далекі розсіяні скупчення нерозрізнимі, вони досить при цьому багаті зірками. Та з допомогою телескопів можна відрізнити щодо близькі розсіяні скупчення. Тому число наявних розсіяних скупчень в Галактиці насправді набагато понад тисячу і оцінюється приблизно 30 тисяч. Якщо середня кількість зірок щодо одного розсіяному скупченні становить 300 чи трохи більше, те спільне число зірок, які входять у все розсіяні скупчення Галактики, одно приблизно десяти миллионам.

Ще більшими колективними членами Галактики є кульові звёздные скупчення. Це дуже багаті звёздные скупчення, які нараховують сотні тисяч, іноді понад мільйон звёзд.

У центральних областях кульового скупчення зірки розташовані дуже тісно друг до друга. Через це їх зображення зливаються і певні зірки розрізнити не можна. Не отже, що зірки торкаються одна одної друг з іншому. Насправді навіть у центральних областях кульових скупчень відстані між зірками величезні проти розмірами самих звёзд.

Склад кульових скупчень істотно відрізняється від складу розсіяних скупчень. У кульових скупчення дуже багато зірок червоних, і жовтих гігантів, багато червоних, і жовтих сверхгигантов, але йому дуже мало біло-блакитних зірок гігантів і немає відсутні бело-голубые сверхгиганты.

Кульові скупчення — це щільні системи. Котрі Перебувають із великої числа зірок, тому вони різко вивищилися над іншими об'єктів Галактики. До на даний момент відкрито 132 кульових скупчення, входять до складу нашої Галактики. Передбачається, що відкрито ще певну їх количество.

Уся сукупність кульових скупчень утворює хіба що сферичну систему навколишню Галактику й те водночас проникаючу в Галактику.

У слідстві те, що кульові скупчення розташовуються симетрично по відношення до центру Галактики, а Сонце перебуває далеке від нього, майже всі кульові скупчення повинні спостерігатися лише у половині неба, у тому, в якою галактичний центр.

Якщо кожному з відомих кульових скупчень загалом є трохи менш як мільйон зірок, те спільне число зірок в кульових скупчення становитиме близько 100 мільйонів. Це одна тисячна частка всіх зірок Галактики.

Є ще одне тип членів Галактики — звані звёздные асоціації. Вони мусили відкриті академіком В. А. Амбарцумяном, який виявив, що гарячі звёзды-гиганты, розташовані на півметровій небі хіба що окремими гнёздами. Зазвичай, у такому гнізді два-три десятка зірок — гарячих гігантів спектральних класів. Асоціація займає великий обсяг, розміром кілька десятків чи сотень парсек, куди зазвичай порядком, як й у інших місць Галактики, входить у велику кількість зірки-карлики і зірки середньої светимости.

Зірки гарячі гіганти рухаються зі швидкістю 5−10 км/с, і це потрібно усього кілька сотень тисячі років чи, найбільше, кілька років, щоб піти з асоціації. Тому факт існування гарячих гігантів в звёздных асоціаціях зазначає, що це зірки недавно сформувалися в асоціаціях і встигли ще їх уйти.

Саме відкриття звёздных асоціацій призвело до утвердженню, що разом з колишніми зірками, і молоді і надто молоді зірки, що звёздообразование в Галактиці була тривалою процесом і радіомовлення продовжується в наші дни.

По розташуванню в Галактиці зірки й інші об'єкти можна розділити втричі группы.

Об'єкти першої групи зосереджено галактичної площині, тобто. утворюють плоскі підсистеми. До цих об'єктах ставляться зірки гарячі надгіганти і гіганти, пилова матерія, газові хмари й розсіяні звёздные скупчення. Характерно, що розсіяних скупчень в основному входять саме ті об'єкти, які власними силами теж утворюють плоскі подсистемы.

Другу групу утворюють об'єкти, розташовані однаково часто у площині симетрії Галактики і значній відстані неї. Вони утворюють сферичні підсистеми. Серед цих об'єктів жовті і червоні субкарлики, жовті і червоні гіганти, кульові скопления.

Третю групу становлять проміжні підсистеми. Вони об'єкти зосереджені у площині Галактики, але такі сильно, як в пласких підсистем. Проміжні підсистеми становлять червоні і жовті зіркигіганти, жовті і червоні звёзды-карлики, і навіть особливі перемінні зірки, звані зірками типу Миру Кіта, дуже і неправильним чином які змінюють свій блеск.

Виявилося, що об'єкти різних підсистем відрізняються одна від друга не лише розташуванням в Галактиці, а й своїми швидкостями. Об'єкти сферичних підсистем мають найбільшу швидкість руху на напрямі. Перпендикулярному до площині Галактики, а й у об'єктів пласких підсистем ця швидкість наименьшая.

Вдалося також знайти, що об'єкти різних підсистем різняться і хімічний склад: зірки пласких підсистем багатшими металами, ніж зірки сферичних подсистем.

Відкриття існування об'єктів різних підсистем в Галактиці має велике значення. Воно показує, що зірки різних типів у різних місцях Галактики і різних условиях.

З ядра мають спіральні галузі. Ці галузі, огинаючи ядро поступово розширяючись і розгалужуючись втрачають яскравість, і деякому відстані їхній слід пропадает.

Спіральні галузі інших Галактик складаються з зірок — гарячих гігантів і сверхгигантов, і навіть з пилу й газу — водорода.

Щоб виявити спіральні галузі нашої Галактики, потрібно простежити розташування у ній зірок — гарячих гігантів, а як і пилу й газу. Ця завдання виявилося дуже складної тому, що спіральну структуру нашої Галактики ми бачимо зсередини й різні частини спіральних гілок проектуються друг на друга.

Надії подає випромінювання нейтрального водню за довжиною хвилі 21 див. У двох невеликих спектрах, вкладених у центр і антицентр Галактики. Проте дослідження поки провести її не вдається і тому картина не повна. Хоча починає поступово намічатися розташування спіральних гілок оскільки водень зазвичай сусідить зі зірками — гарячими гігантами, визначальними форму спіральних ветвей.

Місця ущільнення водню повинні повторювати малюнок спіральної структури Галактики.

Велике перевагу використання випромінювання нейтрального водню у тому, що його довгохвильове, перебуває у радіодіапазоні й у нього межзвёздная матерія практично цілком прозора. 21-сантиметровое випромінювання без будь-яких спотворень сягає нас із далеких областей Галактики.

У безмісячні осінні вечора далеко від яскраво освітлених будинків культури та вулиць, милуючись зоряним небом, помітні білу смугу, протянувшуюся крізь ці небо. Це Чумацький Путь.

За одним з давніх міфів, Чумацький Шлях — це з Олімпу на Землю. Відповідно до іншого — це пролите Герой молоко.

Чумацький Шлях оперізує небесну сферу великим колу. Жителям північного півкулі Землі, в осінні вечора вдається побачити ті частини Чумацького Шляху, що проходить крізь Кассіопею, Цефей, лебідь, Орел і Стрільця, а під ранок з’являються інші сузір'я. У південній півкулі Землі Чумацький Шлях простирається від Стрільця до сузір'ям Скорпіон, Циркуль, Центавр, Південний Хрест, Кіль, Стрела.

Чумацький Шлях, проходить через зоряну розсип південного півкулі, дивовижно гарне і яскравий. У сузір'ях Стрільця, Скорпіона, Щита багато яскраво світних зоряних хмар. Саме у цьому напрямі перебуває центр нашої Галактики. У цьому ж частини Чумацького Шляху особливо чітко виділяються темні хмари космічному пилутемні туманності. Якби було таких темних, непрозорих туманностей, то Чумацький Шлях у напрямку центру Галактики було б яскравіше у 1000 раз.

Спостерігаючи Чумацький Шлях, нелегко уявити, що він з безлічі нерозрізнених неозброєним оком зірок. Та здогадалися звідси давно. На одній із таких здогадок приписують вченому і філософу Стародавню Грецію — Демокриту. Він жив на дві тисячі років раніше, ніж Галілей, який вперше довів з урахуванням спостережень з допомогою телескопа зоряну природу Чумацького Шляху. У своєму знаменитому «Зоряному віснику» в 1609 року Галілей писав: «Я звернувся безпосередньо до спостереженню сутності чи речовини Чумацького Шляху, і з допомогою телескопа стало можливим зробити її настільки доступною нашому зору, що це суперечки вмовкли самі собою завдяки наочності і очевидності, що й мене звільняють від багатослівного диспуту. У самому справі Чумацький Шлях є нічим іншим, як незліченну безліч зірок, хіба що розміщених у купах, хоч би який область і не спрямовувати телескоп, відразу ж стає видимим величезну кількість зірок, у тому числі дуже багато досить яскраві і геть помітні, кількість ж зірок більш слабких передбачає узагалі ніякого подсчета».

І який ставлення зірки Чумацького Шляху мають до єдиної зірці Сонячної системи, до нашого Сонцю? Відповідь сьогодні загальновідомий. Сонце — одне з зірок нашої Галактики, Галактики — Чумацький Шлях. Яке займає Сонце в Млечном Шляхи? Вже того факту, що Чумацький Шлях оперізує наше небо великим колу, вчені оприлюднили висновок, що Сонце розташовано неподалік головною площині Чумацького Пути.

Щоб получитъ точніше уявлення про стан Сонця Млечном Шляхи, та був навіть уявити, як і у просторі форма нашої Галактики, астрономи (В.Гершель, В. Я. Струве та інших.) використовували метод зоряних підрахунків, доцільність яких у цьому, що у різних ділянках неба підраховують число зірок в послідовному інтервалі звёздных величин. Якщо припустити, що світності зірок однакові, то наблюдаемому блиску можна будувати висновки про відстанях до зірок, далі, припускаючи, що зірки в просторі розташовані рівномірно, розглядають число зірок, котрі опинилися в сферичних обсягах, з центром в Солнце.

За підсумками цих підрахунків вже у 18 столітті зроблено висновок про «сплюснутости» нашої Галактики.

До складу Галактики входять щонайменше 150 млрд. Зірок, таких як наш Сонцю. У близи центральній області Галактики звёздная щільність мільйони разів більше, ніж поблизу Сонця. Беручи участь у обертанні Галактики, наше Сонце мчить зі швидкістю більш 220 км/с, роблячи один оборот за 200−250 мільйонів років. Галактика має складне будову та складний склад. Сучасні дослідження Галактики вимагають технічних засобів 20 століття, але почалося дослідження Галактики з допитливого углядування в простирающийся над нашими головами Чумацький Путь.

Крім нашої Галактики, у Всесвіті існує інших Галактик. Зовнішній їхній вигляд надзвичайно різноманітний і з них дуже мальовничі. Для кожної Галактики, хоч би як був складний його малюнок, можна знайти іншу Галактику, дуже неї схожу. Однак понад уважне розгляд завжди знайде помітні розбіжності у будь-який парі Галактик, а більшість Галактик дуже різняться друг від друга своїм зовнішнім видом.

|8. Метагалактика |.

Поняття «Метагалактика» перестав бути цілком зрозумілим. Воно сформувалося виходячи з аналогії зі зірками. Спостереження показують, що галактики, подібно зіркам, группирующимся в розсіяні і кульові скупчення, також об'єднують у групи — скупчення різної численности.

Проте задля зірок відомі об'єднання вищого порядку — звёздные системи (галактики), характерні більшої автономністю, т. е. Незалежністю тяжіння інших тіл, й більшої замкнутістю, ніж в звёздных скупчень. Зокрема, зірки, що потенційно можуть спостерігатися простим оком в телескопи, утворюють звёздную систему — нашу Галактику, що налічує близько 100 млрд. членів. Що стосується галактик, аналогічні системи вищого порядку безпосередньо не наблюдаются.

Проте є підстави припускати, що ця система, Метагалактика, існує; що вона щодо автономна і є об'єднанням галактик приблизно такого порядку, яким для зірок нашої системи є Галактика.

Можна навіть передбачити існування й інших метагалактик.

Реальність метагалактики буде доведено, якщо вдасться якось визначити її межі і виділити спостережувані об'єкти, не належать ей.

У зв’язку з гипотетичностью поглядів на Метагалактики як про автономної гігантської системі галактик, що включає все спостережувані галактики, та його скупчення, термін «метагалактика» став частіше застосовуватися для полегшення обозреваемой (з допомогою усіх існуючих коштів спостереження) частини Вселенной.

Розподіл зірок на небі став вперше вивчати У. Гершель наприкінці 18 століття. Результатом його досліджень було фундаментальне відкриття — явище концентрації зірок і галактичної плоскости.

Приблизно через півтора століття настав час вивчити розподіл небом галактик. Зробив це Хаббл.

Галактики за блиском загалом значно поступаються зіркам. Зірок до 6ой видимої величини по всьому небі кілька тисяч, а галактик — лише чотири. Зірок до 13 близько трьох млн., а галактик близько семисот. Тільки тоді, коли розглядаються дуже слабкі об'єкти, число галактик стає великим й починає наближатися до зірок тієї ж величины.

Щоб мати достатньо підраховуваних галактик, потрібно використовувати великі інструменти здатні вловити блиск слабких об'єктів. Та заодно виникає додаткова складність, пов’язана з тим, що слабкі галактики та «слабкі зірки негаразд помітно відрізняються одна від одну немов яскраві зірки від яскравих галактик. Слабкі галактики мають дуже маленькі видимі розміри та його легко при подсчётах б сприйняти як звёзды.

Хаббл використовував 2,5-метровий телескоп, та підрахунки галактик до 20ой видимої звёздной величини в 1283 маленьких майданчиках, распределённых з усього небу. Через війну, число галактик в майданчиках Хаббла чинився тим менше, чим ближче була розташована майданчик до Чумацькому Шляхи. Близько самого галактичного екватора в смузі завтовшки 20, галактики, за винятком, зовсім не від спостерігається. Можна сказати, що площину Галактики для галактики площиною деконцентрації, а зона у галактичного екватора зоною избегания.

Очевидно, що інші звёздные системи, які мільйони, не можуть розташовуватися у просторі по зонному, диктуемому певної орієнтуванням площині симетрії нашої Галактики (які самі є лише одній з безлічі звёздных систем), принципу. Хабблу було зрозуміло, що у разі утворилася не так справжнє розподіл галактик в просторі, а розподіл викривлене деякими умовами видимости.

У 1953 року французький астроном Вокулер, досліджуючи розподіл по небу галактик до 12-й величини (тобто. яскравих галактик), встановив, що вони виразно концентруються до великого колу, який перпендикулярний до галактичному екватору. Смуга, цього кола, складова лише 10% поверхні неба, включає приблизно 2/3 всіх яскравих галактик. Кількість галактик на 1 кв. градус в смузі приблизно 10 разів більше, ніж у областях поза смуги. Наука вже мала аналогічний досвід, коли Гершель, виявивши концентрацію зірок в галактичної площині, встановив існування нашої звёздной системи та визначив, що вона сплюснена. Також і Вокулер дійшов висновку про існування гігантської сплюсненої системи галактик і називав її сверхсистемой галактик.

Значення сверхсистемы галактик задля спільної структури Всесвіту велике. Сверхсистема за величиною значно перевищує скупчення галактик. Кількість галактик, які входять у її склад, обчислюються не тисячами, як у великих скупчення, а багатьма десятками тисяч, можливо, сягає ста тысяч.

Діаметр сверхсистемы можна оцінити за 30 я М пс. Галактика перебуває далеке від її центру і взагалі близька до краю. Її відстань від зовнішньої кордону сверхсистемы 2- 4 М пс. Центр сверхсистемы перебуває у скупченні галактик в Діві, а саме ця скупчення може розглядатися як ядро сверхсистемы.

Часом не тільки оптичне випромінювання галактик показує концентрацію до площині сверхсистемы галактик. Загальне радіовипромінювання, що йде від неба також виявляє явну концентрацію до тієї ж площині. Оскільки радіовипромінювання неба значною мірою викликається галактиками, то цьому можна побачити підтвердження реальності сверхсистемы галактик.

Библиография:

1. Арзуманян «Небо. Зірки. Всесвіт» М. 87 г.

2. Воронцов Б. А. «Нариси Всесвіт» М. 76 г.

3. Зігель Ф.Ю. «Скарби звёздного неба» М. 76 г.

4. Климишин І.А. «Астрономія нашого часу» М. 80 г.

5. Агекян Т. А. «Зірки. Галактики. Метагалактики» М. 82 г.

6. Чихевский А. А. «Земна луна сонячних бур» М. 76 г.

7. П. Ходжі «Галактики» М. 95 г.

8. Офіційний сайт Національної Аерокосмічній Асоціації internet (c)1995;2002.

9. Сайт «M31 Home» internet (c)1999;2002.