Розміри і структура нашої Галактики

Розміри і структура нашої Галактики

Реферат з теми:

Розміри і структура нашої
Галактики

Вступ

Галактика складається з двох основних
підсистем диска і гало, вкладених одна в іншу і гравітаційно-пов’язаних один з
одним. Перша — сферичне гало, її зірки концентруються до центру галактики, а
щільність речовини, висока в центрі галактики, досить швидко падає з
віддаленням від нього. Центральна, найбільш щільна частина гало в межах
декількох тисяч світлових років від центру Галактики називається балджа. Друга
підсистема — це масивний зоряний диск. Його маса дорівнює 150 млрд. мас Сонця.
Він являє собою як би дві складені краями тарілки. У диску концентрація зірок
значно більше, ніж в гало.

Центральна, найбільш компактна
область Галактики називається ядром. Якби ми жили на планеті біля зірки, що
знаходиться поблизу ядра Галактики, то на небі були б видні десятки зірок, по
яскравості порівнянних з Місяцем. Однак Сонце розташоване досить далеко від
ядра Галактики — на відстані 8 КПК (близько 26 000 світлових років). Тому, якщо
на околицях Сонця, в диску, одна зірка припадає на 8 кубічних парсеків, то в
центрі Галактики в одному кубічному парсек перебуває 10 000 зірок.Центр
Галактики знаходиться в напрямку сузір’я Стрільця. У 2004 році остаточно
доведено, що в центрі Галактики знаходиться чорна діра з масою близько трьох мільйонів
мас Сонця.

У кільцевій області галактичного
диска від 3 до 7 КПК зосереджено майже всі молекулярне речовина міжзоряного
середовища (хмари пилу і газу); там знаходиться найбільша кількість пульсарів і
джерел інфрачервоного випромінювання. Видиме випромінювання центральних
областей Галактики повністю приховано від нас могутніми шарами поглинаючої
матерії, так як Сонце знаходиться в площині галактичного диска. Розміри
Галактики: діаметр диска — 30 КПК (100 000 світлових років), товщина диска —
1000 світлових років.

Вивчення власних рухів зірок у
Галактиці показує, що галактичний диск обертається. Обертання Галактики
відбувається за годинниковою стрілкою, якщо дивитися на Галактику з боку її
північного полюса, що знаходиться в сузір’ї Волосся Вероніки. Дослідження
показали, що Галактика має добре виражену спіральну структуру. Спіралі
представляють собою хвилі щільності, що поширюються в бік обертання диска
Галактики, з постійною кутовий швидкістю.

Зірки Галактики

Обертання зірок Галактики не підпорядковується
і закону Ньютона. Цей незрозумілий факт привів до нових дивних відкриттів,
пов’язаних з поняттям темної матерії.

Наше Сонце розташоване між
спіральними рукавами Стрільця і Персея, рухається зі швидкістю близько 220 км /
с, і робить повний оборот навколо центру Галактики за 200 мільйонів років. За
час свого існування Сонце облетіло Галактику приблизно 30 разів. Швидкість
обертання Сонця навколо центру Галактики практично збігається з тією швидкістю,
з якою в даному районі рухаються спіральні рукави. Така ситуація неординарна
для Галактики. Єдине місце, де швидкості зірок і спіральних рукавів збігаються,
— це коротаціоне коло і, саме поблизу неї розташовано Сонце. Може бути, ця
обставина дала можливість виникнути і зберегтися життя на Землі. Адже в спіральних
рукавах відбуваються бурхливі процеси, потужне випромінювання від яких згубило
б все живе на Землі. Так що наше периферійне положення по відношенню до
галактичної «столиці» можна вважати навіть привілейованим.

Зірки галактичного диска були названі
населенням I типу, зірки гало — населенням II типу. До диску відносяться, як
правило, зірки ранніх спектральних класів О і В, тобто молоді зірки. Гало,
навпаки, становлять об’єкти, що виникли на ранніх стадіях еволюції Галактики. Вік
населення другого типу порядку 10 — 12 мільярдів років. Населення першого типу
відрізняється від населення другого типу великим вмістом важких елементів.

Згідно сучасним уявленням, Галактика
утворилася з повільно обертається газової хмари, за своїми розмірами
перевершував її в десятки разів. Спочатку воно складалося з суміші 75% водню і
25% гелію і майже не містило важких елементів. Протягом приблизно мільярда
років ця хмара вільно стискалося під дією сил гравітації. Цей колапс неминуче
призвів до фрагментації і початку процесу зореутворення. Спочатку газу було
багато, і він перебував на великих відстанях від площини обертання. Виникли
зірки першого покоління, в тому числі й досить масивні, а також кульові
скупчення. Їх сучасне просторовий розподіл відповідає первісному розподілу
газу, близькому до сферичного.

Найбільш масивні зірки першого покоління
швидко про еволюціонували і збагатили міжзоряне середовище важкими елементами,
головним чином за рахунок спалахів наднових. Та частина газу, яка не
перетворилася в зірки, продовжувала свій процес стиснення до центру Галактики. З-за
збереження моменту кількості руху, її обертання ставало швидше, утворився диск,
і, в ньому знову почався процес зореутворення. Це друге покоління зірок
виявилося багатим важкими елементами. Газ, що залишився стиснувся в більш
тонкий шар, так виникла плоска складова — основна арена сучасного
зореутворення. Зрозуміло, виділення двох або трьох поколінь зірок дуже умовно:
швидше за все, зореутворення було єдиним безперервним процесом, хоча в ньому і
можливі були окремі етапи уповільнення.

Аналіз обертання тіл в Галактиці
показав, що маса її повинна бути в десять разів більше тієї, яку ми визначаємо
за видимими об’єктах. Значить, крім гало, балджа і диска, разом з перебувають у
них спостерігаються зірками і газом, є величезні кількості невидимої речовини,
яке проявляє себе тільки в гравітаційній взаємодії, але не фіксується ніякими
приладами. Його назвали темною матерією. Диск і гало Галактики занурені в
корону темної матерії, розміри і маса якої в 10 разів більше, ніж розміри диска
і маса видимої речовини Галактики.

Природа кинула справжній виклик
людському знанню: на початку XXI століття ми навіть не уявляємо, з чого
складається речовина, в основному заповнює Всесвіт! За однією з гіпотез частина
темної матерії може полягати в коричневих карликів, у щільних і холодних
молекулярних хмарках, які мають малий розмір і недоступні для звичайних
спостережень, а також у величезній кількості нейтрино, які мають ненульову масу
спокою і заповнюють периферію Галактики. Темна матерія може знаходитися і в
померлих зірках. Однак більшість космологів припускає, що темна речовина
складається не з баріонів, а з екзотичних часток, що залишилися після Великого
вибуху.

Темна маса існує не тільки в нашій
Галактиці. Так, в середині вісімдесятих років було встановлено, що Місцева
група галактик рухається зі швидкістю понад 600 км / с у бік великого
сверхскоплення галактик. Ця швидкість занадто велика, щоб її можна було
пояснити гравітаційною дією спостережуваних галактик. Вона свідчить про
присутність темної маси і між галактиками. Новітні спостереження слабких
галактик за допомогою чутливих ПЗС-матриць дозволили не просто підтвердити
наявність прихованої маси в скупченнях галактик, але і
"картографувати" її розподіл в скупченнях. У даному випадку
гравітація скупчення "працює" як збиральної лінзи для зображень
слабких блакитних галактик знаходяться далеко за самим скупченням. При цьому
зображення далеких галактик спотворюються, "витягаючись" в дуги
різної довжини з центром, що збігається з центром скупчення.

Природа сама придумала для
астрофізиків гігантський всехвильовий космічний телескоп, заснований на ефекті
гравітаційного лінзування. Це явище, засноване на загальній теорії відносності,
було теоретично передбачене в тридцяті роки ХХ століття Альбертом Ейнштейном. Якщо
на шляху світла від далекого джерела до нас є який-небудь масивний об’єкт,
наприклад типу, то промені світла в її полі тяжіння будуть викривлятися, і
галактика виступить у ролі лінзи, що збирає світло. Результат, зокрема, може
полягати в появі кратного (подвійного, потрійного і т.д.) Зображення одного і
того ж об’єкта, або посилення його яскравості, якщо Земля виявилася на
потрібній відстані від гравітаційної лінзи. Перша гравітаційна лінза була
відкрита в 1979 р. Це був квазар. Зараз відомо більше 25 гравітаційних лінз. Серед
гравітаційних лінз зустрічаються утворення різної форми, а найбільш ефектними
виглядають хрести і кільця Ейнштейна. Природа ж прихованої маси у Всесвіті
залишається незрозумілою до теперішнього часу.

 

Розміри Галактики

Ґрунтуючись на результатах своїх
підрахунків, Гершель зробив спробу визначити розміри Галактики. Він зробив
висновок, що наша зоряна система має кінцеві розміри і свого роду товстий диск:
у площині Чумацького Шляху вона простирається на відстань не більше 850 одиниць,
а в перпендикулярному направленні — на 200 одиниць, якщо прийняти за одиницю
відстань до Сіріус. За сучасною шкалою расстохуванням це відповідає 7300 х 1700
світлових років.

Справжні розміри Галактики були
встановлені тільки в XX ст. Виявилося, що вона є значно більш плоским
утворенням, ніж припускали раніше. Діаметр Галактичного диска перевищує 100
тис. світлових років, а товщина — близько 1000 світлових років. За зовнішнім
виглядом Галактика нагадує чечевичное зерно з потовщенням посередині.

Через те, що Сонячна система
знаходиться практично в площині Галактики, заповненою поглинающей матерією,
дуже багато деталей будови Чумацького Шляху приховані від погляду земного
спостерігача. Проте їх можна вивчати на прикладі інших галактик, схожих з
нашою. Так, в 40-і рр. XX століття, спостерігаючи Галактику М 31, більше відому
як туманність Андромеди, німецький астроном Вальтер Бааде (в ті роки він працював
у США) зауважив, що плоский лінза подібний диск цієї величезної галактики
занурений в більш розрідженеве зоряне хмару сферичної форми — гало. Оскільки
туманність Андромеди дуже схожа на нашу Гаки, Бааде припустив, що подібна
структура є й у Чумацькому Шляху. Зірки галактичного диска були названі
населенням I типу, а зірки гало (або сферичною состагенної складової) —
населенням II типу.

Як показують сучасні дослідження, два
види зоряного населення відрізняються не тільки пропросторові становищем, а й характером
руху, а також хімічним складом. Ці особливості пов’язані в першу чергу з різним
походженням диска і сфери-чеський складової.

Гало

Межі нашої Галактики визначаються
розмірами гало. Радіус гало значно більше розріз диска і за деякими даними
досягає декількох сот тисяч світових років. Центр симетрії гало Чумацького
Шляху співпадає з центром галактичного диска.

Складається гало в основному з дуже
старих, неяскравих мало масивних зірок. Вони зустрічаються як поодинці, так і у
вигляді кульових скупчень, які можуть включати в себе більше мільйона зірок.
Вік населення сферичної складової Галактики перевищує 12 млрд. років. Його
звичайно приймають за вік самої Гаки.

Характерною особливістю зірочок гало
є надзвичайно мала доля в них важких хімічних елементів. Зірки, що утворюють
кульові скупчення, містять металів в сотні разів менше, ніж Сонце.

Зірки сферичної концентруються до
центру Гаки. Центральна, найбільш щільна частина гало в межах декількох тисяч
світлових років від центру Галактики називається балджа (у перекладі з
англійського "потовщення").

Зірки і зоряні скупчення гало
рухаються навколо центру Галактики по дуже витягнутих орбітах. Через те, що
обертання окремих зірок відбувається майже безладно (тобто швидкості сусідніх
зірок можуть мати самі різні напрями), гало в цілому обертається дуже повільно.

Диск

У порівнянні з гало диск обертається
помітно швидше. Швидкість його обертання не однакова на розособистих відстанях
від центру. Вона швидко зростає від нуля в центрі до 200-240 км / с на відстані
2 тис. світлових років від нього, потім наскільки зменшується, знову віку
приблизно до того ж значення і далі залишається майже постійною. Вивчення
особливостей обертання диска дозволило оцінити його масу. Виявилося, що вона в
150 млрд. раз більша за масу Сонця.

Населення диска дуже сильно відрізняється
від населення гало. Поблизу площини диска концентруються молоді зірки і зоряні
Скопленя, вік яких не перевищує декількох мільярдів років. Вони прозорують так звану
плоску содової. Серед них дуже багато яскравих і гарячих зірок.

Газ в диску Галактики також СОСР
доточив в основному поблизу його площину. Він розподілений нерівномірний,
утворюючи численні газові хмари — від гігантських неоднорідних за структурою
понад хмар які простягаються кілька тисяч світових років до маленьких хмарок
розмірами не більше парсеки.

Основним хімічним елементом у нашій
Галактиці є водород. Приблизно на 1 / 4 вона з гелію. У порівнянні з цими двома
елементами інші присутності в дуже невеликих кількістюствах. У середньому хімічний
склад зірок і газу в диску майже такий же, як у Сонця.

Ядро

Однією з найцікавіших областей
Галактики вважається її центр, або ядро, розташоване в напрямку сузір’я
Стрільця. Видиме випромінювання центральних областей Галактики повністю
приховано від нас могутніми шарами поглинаючої матерії. Тому його почали
вивчати тільки після створення приймачів інфрачервоного і радіовипромінювання,
яке поглинається у меншій мірі.

Для центральних областей Галактики
характерна сильна концентрація зірок: у кожному кубічному парсек поблизу центру
їх міститься багато тисячі. Відстані між зірками в десятки і сотні разів менше,
ніж в околицях Сонця. Якби ми жили на планеті біля зірки, що знаходиться
поблизу ядра Галактики, то на небі були б видні десятки зірок, по яскравості
порівнянних з Місяцем, і багато тисяч яскравіших, ніж найяскравіші зірки нашого
неба.

Крім великої кількості зірок в
центральній області Галактики спостерігається околоядерного газовий диск, що
складається переважно з молекулярного водню. Його радіус перевищує 1000
світлових років. Ближче до центру відзначаються області іонізованого водню і
численні джерела інфрачервоного випромінювання, що свідчать про те, що
відбувається там зореутворення. У самому центрі Галактики передбачається
існування масивного компактного об’єкта — чорної діри масою близько мільйона
мас Сонця. У центрі знаходиться також яскраве радіоджерело Стрілець А,
походження якого пов’язують з активністю ядра.

Спіральні гілки

Одним з найбільш помітних утворень в
дисках галактик, подібних нашій, є спіральні гілки (або рукави).Вони і дали
назву цьому типу об’єктів — спіральні галактики. Спіральна структура в нашій
Галактиці дуже добре розвинена. Уздовж рукавів в основному зосереджені
наймолодші зірки, багато розсіяні зоряні скупчення й асоціації, а також
ланцюжки щільних хмар між зоряного газу, в яких продовжують утворюватися зірки.
У спіральних гілках знаходиться велика кількість змінних і спалахують, в них
найчастіше спостерігаються вибухи деяких типів найновіших. На відміну від гало,
де будь-які прояви зоряної активності надзвичайно рідкісні, в гілках
продовжується бурхливе життя, пов’язана з безперервним переходом речовини з
міжзоряного простору в зірки і назад. Галактичне магнітне поле, яке пронизує
весь газовий диск, також зосереджене головним чином в спіралях.

Список літератури

1.
Хойл Ф.
"Галактики, ядра і квазари".

2.
Кононович
Е.В, Мороз В.І. "Загальний курс астрономії". Москва, 2004.

3.
А.Р.
Орбінського. «Успіхи астрономії». 2000.

4.
А.А.
Іванов. «Введення в астрономію», 2001.