Каталог статей
Галактики
Гала́ктика (др.-греч. Γαλαξίας — Млечный Путь) — гравитационно-связанная система из звёзд, межзвёздного газа, пыли и тёмной материи. Все объекты в составе галактик участвуют в движении относительно общего центра масс.
Галактики — чрезвычайно далёкие объекты, расстояние до ближайших из них принято измерять в мегапарсеках, а до далёких — в единицах красного смещения z. Именно из-за удалённости различить на небе невооружённым глазом можно всего лишь три из них: туманность Андромеды (видна в северном полушарии), Большое и Малое Магеллановы Облака (видны в южном). Разрешить изображение галактик до отдельных звёзд не удавалось вплоть до начала XX века. К началу 1990-х годов насчитывалось не более 30 галактик, в которых удалось увидеть отдельные звёзды, и все они входили в Местную группу. После запуска космического телескопа «Хаббл» и ввода в строй 10-метровых наземных телескопов число галактик, в которых удалось различить отдельные звёзды, резко возросло.
Галактики отличаются большим разнообразием: среди них можно выделить сфероподобные эллиптические галактики, дисковые спиральные галактики, галактики с перемычкой (баром), карликовые, неправильные и т. д. Если же говорить о числовых значениях, то, к примеру, их масса варьируется от 107 до 1012 масс Солнца, для сравнения масса нашей галактики Млечный Путь 3×1012 масс Солнца. Диаметр галактик — от 5 до 50 килопарсек (от порядка 16 тысяч до 160 тысяч световых лет), для сравнения диаметр нашей галактики Млечный Путь около 100 000 световых лет.
Одной из нерешённых проблем строения галактик является тёмная материя, проявляющая себя только в гравитационном взаимодействии. Она может составлять до 90 % от общей массы галактики, а может и полностью отсутствовать, как в карликовых галактиках.
В пространстве галактики распределены неравномерно: в одной области можно обнаружить целую группу близких галактик, а можно не обнаружить ни одной, даже самой маленькой галактики (так называемые войды). Точное количество галактик в наблюдаемой части Вселенной неизвестно, но, по всей видимости, их порядка 1011.
___________________________________________________________________
NGC 4414, спиральная галактика из созвездия Волосы Вероники диаметром около 56 000 световых лет, находящаяся на расстоянии примерно в 60 млн световых лет от Земли
___________________________________________________________________
Наблюдения
Важнейшие интегральные характеристики галактик (экстремальные значения опущены)
|
Параметр
|
Основной метод измерения
|
Интервал значений
|
Примерное значение для нашей галактики
|
|
Диаметр D25
|
Фотометрия |
5—50 кпк
|
30 кпк |
|
Радиальная шкала диска R0 |
Фотометрия
|
1—7 кпк
|
3 кпк |
|
Толщина звёздного диска
|
Фотометрия дисков, наблюдаемых «с
ребра»
|
0,3—1 кпк
|
0,7 кпк
|
|
Светимость
|
Фотометрия |
107—1011 Lʘ
|
5×1010 Lʘ
|
|
Масса M25 в
пределах D25
|
Измерение скоростей газа и/или звёзд
по эффекту Доплера |
107—1012 Mʘ
|
2×1011 Mʘ
|
|
Относительная масса газа Mgas/M25
в пределах D25
|
Измерение интенсивностей линий
нейтрального и молекулярного водорода |
0,1—30%
|
2,00% |
|
Скорость вращения V внешних областей
галактик |
Измерение скоростей газа и/или звёзд
по эффекту Доплера |
50—300 км/с
|
220 км/с (для окрестности Солнца)
|
|
Период обращения внешних областей
галактик
|
Измерений скоростей газа и/или звёзд
по эффекту Доплера
|
108—109 лет
|
2×108 (для окрестности Солнца)
|
|
Масса центральной чёрной дыры |
Измерение скоростей звёзд и газа
вблизи ядра; эмпирическая зависимость
от центральной дисперсии звёзд
|
3×105—3×109 Mʘ
|
4×106 Mʘ
|
Основные наблюдаемые составляющие галактик
Основные наблюдаемые составляющие галактик включают:
1. Нормальные звёзды различных масс и возрастов, часть которых заключена в скоплениях.
2. Компактные остатки проэволюционировавших звёзд.
3. Холодная газопылевая среда.
4. Наиболее разрежённый горячий газ с температурой 105—106 К.
Двойные звёзды в соседних галактиках не наблюдаются, но, судя по окрестностям Солнца, кратных звёзд должно быть достаточно много. Газопылевая среда и звёзды состоят из атомов, и их совокупность называют барионной материей галактики. В небарионную включается масса тёмной материи и масса чёрных дыр.
Морфология
Основная статья: Морфологическая классификация галактик
Ядро — крайне малая область в центре галактики. Когда речь заходит о ядрах галактик, то чаще всего говорят об активных ядрах галактик, где процессы нельзя объяснить свойствами сконцентрированных в них звёзд.
Диск — относительно тонкий слой, в котором сконцентрировано большинство объектов галактики. Подразделяется на газопылевой диск и звёздный диск.
Полярное кольцо — редкий компонент. В классическом случае галактика с полярным кольцом имеет два диска, вращающихся в перпендикулярных плоскостях. Центры этих дисков в классическом случае совпадают. Причина возникновения полярных колец до конца не ясна[13].
Сфероидальный компонент — сфероподобное распределение звёзд.
Балдж (англ. bulge — вздутие) — наиболее яркая внутренняя часть сфероидального компонента.
Гало — внешний сфероидальный компонент. Граница между балджем и гало размыта и достаточно условна.
Спиральная ветвь (спиральный рукав) — уплотнение из межзвёздного газа и преимущественно молодых звёзд в виде спирали. Скорее всего, являются волнами плотности, вызванными различными причинами, однако вопрос об их происхождении до сих пор окончательно не решён.
Бар (перемычка) — выглядит как плотное вытянутое образование, состоящее из звёзд и межзвёздного газа. По расчётам, главный поставщик межзвёздного газа к центру галактики. Однако почти все теоретические построения основываются на факте, что толщина диска много меньше его размеров, иными словами, диск плоский, и почти все модели — упрощённые двумерные модели, расчётов трёхмерных моделей дисков крайне мало. А трёхмерный расчёт галактики с баром и газом в известной литературе всего один[14]. По данным автора данного расчёта, газ не попадает в центр галактики, а проходит довольно далеко.
Важнейшими компонентами являются газопылевой диск, звёздный диск и сфероидальный компонент. Существует четыре основных вида галактик:
1. Эллиптические галактики (E) — галактики, у которых дисковой составляющей нет, либо она слабоконтрастна. Все остальные галактики дисковые.
2. Спиральные галактики (S) — галактики, обладающие спиральными ветвями. Иногда ветви могут вырождаться в кольца.
3. Линзовидные галактики (S0) — галактики, по своей структуре не отличающиеся от спиральных, за
исключением отсутствия чёткого спирального узора. Объясняется это низким
содержанием межзвёздного газа, а значит, и низким темпом
звездообразования.
4. Неправильные галактики (Irr) — для них характерна неправильная клочковатая структура. Как правило, в них очень много межзвёздного газа, до 50 % от массы галактики.
___________________________________________________________________
Схема спиральной галактики, вид в профиль
___________________________________________________________________
Крупномасштабные объединения галактик
На снимках галактик видно, что действительно одиноких галактик немного (так называемые галактики поля). Порядка 95 % галактик образуют группы галактик. В них, как и в обычных галактиках, предполагается присутствие тёмной материи, составляющей большую часть массы группы, 10—30 % — это межгалактический газ, а порядка 1 % составляет масса самих звёзд.
Самым маленьким по размеру и самым распространённым во Вселенной скоплением, включающим несколько десятков галактик, является группа галактик. Зачастую в них доминирует одна массивная эллиптическая или спиральная галактика, которая за счёт приливных сил со временем разрушает галактики-спутники и увеличивает свою массу, поглощая их. В таких скоплениях скорости разбегания галактик друг от друга, вызванные хаббловским расширением Вселенной, слабы и доминируют случайные пекулярные скорости. Из анализа этих случайных скоростей и теоремы вириала можно получить массу таких скоплений.
Скоплением галактик называют объединения в несколько сотен галактик, которые могут содержать как отдельные галактики, так и группы галактик. Обычно при наблюдении в таком масштабе можно выделить несколько очень ярких сверхмассивных эллиптических галактик. Такие галактики должны непосредственно влиять на процесс образования и формирования структуры скопления.
___________________________________________________________________
Секстет Сейферта как пример группы галактик
___________________________________________________________________
Сверхскопление — самый большой тип объединения галактик, включает в себя тысячи галактик. В масштабах сверхскоплений галактики выстраиваются в полосы и нити, окружающие обширные разрежённые пустоты. Форма таких скоплений может быть различна: от цепочки, такой как цепочка Маркаряна, до стен, как великая стена Слоуна. В больших масштабах Вселенная предстаёт изотропной и однородной.
Наша Галактика является одной из галактик Местной группы, доминируя в ней вместе с Андромедой. В Местной группе поперечником около 1 мегапарсека находятся более 40 галактик. Сама Местная группа является частью сверхскопления Девы, главную роль в котором играет скопление Девы, в которое наша Галактика не входит.
Столкновение
___________________________________________________________________
Галактика Антенна — пара взаимодействующих галактик
Если среднее значение расстояния между галактиками не более чем на порядок больше их диаметра, то существенными становятся приливные воздействия галактик. На эти воздействия каждый компонент галактики в разных условиях откликается по-разному. Если расстояние относительно велико, но также велико и время пролёта двух галактик друг относительно друга, то более массивная галактика может перетянуть межгалактический горячий газ, окружающий соседнюю галактику, тем самым лишив её источника, пополняющего внутренние запасы межзвёздного газа, расходующегося при формировании звёзд.
Если дополнительно уменьшить расстояние, то возможно, что более массивный компонент вместе с межгалактическим газом перетянет на себя и тёмное гало галактики, оставив её фактически без тёмной материи. Особенно часто такое встречается при сильном различии в массах галактик. Также если расстояние невелико, как невелико и время взаимодействия, то в галактиках возникнут волны плотности газа, что может послужить причиной массированной вспышки звездообразования и появлению спиральных ветвей.
Предельный случай взаимодействия — это слияние галактик. По современным представлениям, сначала сливаются тёмные гало галактик. Потом галактики начинают приближаться друг к другу по спирали. И только потом начинают сливаться звёздные компоненты, вызывая в окружающем газе волны плотности и вспышки звездообразования.
Орбитальный телескоп «Хаббл» в 2006 году сфотографировал взаимодействующие галактики, две из которых разрывают третью на части, действуя на неё своей гравитацией (в созвездии Южной Рыбы, удалены от Земли на расстояние в 100 миллионов световых лет).
Столкновения галактик являются весьма распространённым явлением во Вселенной. В результате анализа 21 902 галактик (сообщение начала 2009 года) было выяснено, что практически все они в прошлом встречались с другими галактиками. Также подтверждается предположение, что около 2 миллиардов лет назад произошло столкновение Млечного Пути с другой галактикой.
Процессы в активных ядрах
Галактические ядра имеют признаки активности, если:
1. спектр электромагнитного излучения объекта гораздо шире спектра обычных галактик, иногда простираясь от радио- до жёсткого гамма-излучения;
2. наблюдается «переменность» — изменение «мощности» источника излучения в точке наблюдения (как правило, это происходит с периодом от 10 минут в рентгеновском диапазоне до 10 лет в оптическом и радио диапазонах);
3. имеются особенности спектра излучения, по которым можно судить о перемещении горячего газа с большими скоростями;
4. есть видимые морфологические особенности, в том числе выбросы и «горячие пятна»;
5. имеются особенности спектра излучения и его поляризации, по которым можно предположить, в том числе, о наличии магнитного поля.
Галактики с активными ядрами подразделяются на сейфертовские галактики, квазары, лацертиды, радиогалактики.
По современным представлениям, активность ядер галактик объясняется присутствием в их ядрах сверхмассивных чёрных дыр, на которые происходит аккреция галактического газа. А различие типов галактик с активными ядрами объясняется различием в угле наклона плоскости галактики по отношению к наблюдателю.
Поиск тёмной материи в скоплениях галактик
Наблюдая дисперсию скоростей галактик в скоплениях, Цвикки совместно с С. Смитом обнаружил, что получаемая из теоремы вириала масса гораздо больше, чем суммарная масса галактик. Было выдвинуто предположение, что внутри скоплений галактик, как и в самой галактике, есть некая скрытая масса, проявляющая себя только гравитационным образом.
Опровергнуть или подтвердить это можно зная гравитационный потенциал в каждой точке и основываясь на законе всемирного тяготения Ньютона. Гравитационный потенциал можно узнать исследуя эффект гравитационного линзирования. На основании полученных данных учёными было сделано два вывода. С одной стороны, было подтверждено наличие тёмной материи. С другой, было обнаружено необычное поведение газа и тёмной материи. Раньше считалось, что во всех процессах тёмная материя должна увлекать за собой газ (это предположение легло в основу теории иерархической эволюции галактик). Однако в MACSJ0025.4-1222, являющимся столкновением двух массивных скоплений галактик, поведение газа и тёмной материи диаметрально противоположны.
Эволюционные процессы
Эволюцией галактики называется изменение её интегральных характеристик со временем: спектра, цвета, химического состава, поля скоростей. Описать жизнь галактики непросто: на эволюцию галактики влияют не только эволюция отдельных её частей, но также и её внешнее окружение. Вкратце процессы, влияющие на эволюцию галактики, можно представить следующей схемой:
___________________________________________________________________
В центре указаны процессы, связанные с отдельными объектами внутри галактики. Процессы, масштаб которых сравним с масштабом галактики, делятся на внешние и внутренние, с одной стороны, и быстрые (характерное время которых сравнимо со временем свободного сжатия) и медленные (чаще связанные с обращением звёзд вокруг центра галактики), с другой.
Малое слияние галактик отличается от большого тем, что в большом участвуют равные по массе галактики, а в малом одна галактика значительно превосходит вторую.
До сих пор нет единой теории о том, как все эти процессы согласуются между собой, но будущая теория образования и эволюции галактик должна объяснять следующие наблюдения:
1. В момент окончания тёмных веков вещество было крайне однородным. Флуктуации температуры реликтового фона в различных участках пространства не превышают 0,01 %.
2. Первичными элементами, полученными в ходе первичного нуклеосинтеза, были водород, дейтерий, гелий, литий и немного бериллия.
3. Процесс первичного звездообразования закончился к z~7, а возможно и к z~10. На это чётко указывают линия Lα в спектре самой далёкой галактики.
Количество сверхмассивных эллиптических галактик в единице объёма почти не меняется за последние 8 млрд лет.
4. Структуры эллиптических и спиральных галактик динамически сильно отличаются друг от друга.
|
| Категория: Астрономия,космос,наука | Добавил: _ШуРuК_ (15.04.2011)
|
| Просмотров: 6280
| Рейтинг: 5.0/3 |
|
|
