Состав, структура и размер Нашей Галактики

Рис. 1 Схема Галактики (крестиком обозначено положение Солнца): а) вид сверху; б) вид сбоку (черные точки изображают шаровые скопления)

Наша Галактика называется Млечный Путь.

Наша звёздная система – относится к спиральным галактикам. Млечный путь – это только часть нашей Галактики. В НГ около 150 млрд. звёзд и более 100 туманностей. Масса нашей галактики равна 2•10¹¹ масс Солнца (масса Солнца равна 2•10³⁰ кг.) причём 1/1000 её заключена в межзвёздном газе и пыли.

Диаметр Галактики около 100 тыс. световых лет (~30 кПа). Толщина около 1000 световых лет.

Возраст Нашей Галактики составляет 13600 миллионов лет с вероятной ошибкой плюс-минус 800 миллионов лет.

Солнце расположено на расстоянии 8 кпк (около 26 000 световых лет) от центра Галактики

Галактика состоит из ядра, диска, гало и короны. Центральная, наиболее компактная область Галактики называется ядром. В ядре высокая концентрация звезд (в каждом кубическом парсеке находятся тысячи звезд. Если бы мы жили на планете около звезды, находящейся вблизи ядра Галактики, то на небе были бы видны десятки звезд, по яркости сопоставимых с Луной).

В центре Галактики предполагается существование массивной черной дыры. В кольцевой области галактического диска (3 – 7 кпк) сосредоточено почти все молекулярное вещество межзвездной среды. Видимое излучение центральных областей Галактики полностью скрыто от нас мощными слоями космической пыли.

Галактика состоит из множества звезд различных типов, а также звездных скоплений и ассоциаций, газовых и пылевых туманностей и отдельных атомов и частиц, рассеянных в межзвездном пространстве. Большая часть их занимает объем линзообразной формы поперечником около 30 и толщиной около 4 килопарсек (соответственно около 100 тысяч и 12 тысяч световых лет). Меньшая часть заполняет почти сферический объем с радиусом около 15 килопарсек (около 50 тысяч световых лет).

Все компоненты галактики связаны в единую динамическую систему, вращающуюся вокруг малой оси симметрии.

Солнечная система совершает полный оборот вокруг центра Галактики за 200 млн лет.

Полная масса галактики, включая все звёзды и межзвёздное вещество, оценивается в 10¹¹ масс Солнца.

Галактика имеет резко выраженное подсистемное строение; различают три подсистемы: плоскую, промежуточную и сферическую. Плоская подсистема характеризуется наличием молодых горячих звёзд, переменных звёзд типа долгопериодических цефеид, звёздных ассоциаций, рассеянных звёздных скоплений и газо-пылевого вещества. Все они сосредоточены у галактической плоскости в форме экваториального диска (толщиной 1/20 поперечника галактики). Средний возраст звёздного населения диска около 3 млрд. лет. Слабее концентрируются к плоскости галактики жёлтые и красные звёзды-карлики и звёзды-гиганты, занимающие объём в виде сильно сплюснутого эллипсоида. Все субкарлики, жёлтые и красные гиганты, переменные звёзды типа короткопериодических цефеид и шаровые звёздные скопления образуют сферическую составляющую (иногда называется гало), заполняя сферический объём (со средним диаметром, превышающим 30 тыс. парсек, т. е. 100 тыс. световых лет) с резким падением плотности в направлении от центральных областей к периферии. Её возраст более 5 млрд. лет. Объекты различных составляющих отличаются друг от друга также и скоростями движения, и химическим составом.

Гало состоит из очень старых, неярких звёзд с небольшой массой. Они встречаются как поодиночке, так и в виде шаровых скоплений. Астрономы определили, что возраст звёзд гало составляет 12 млрд. лет.

Характерной особенностью звёзд гало является малая доля в них тяжелых элементов; звёзды содержат металлов в сотни раз меньше, чем Солнце.

Звёзды гало движутся вокруг центра Галактики по очень вытянутым орбитам. Гало в целом вращается очень медленно.

Вблизи плоскости диска концентрируются молодые звезды и звёздные скопления, возраст которых не превышает нескольких миллиардов лет.

В самом же центре Галактики расположено ядро диаметром 1000- 2000 пк. Предполагается, что ядро представляет собой компактный массивный объект – чёрную дыру массой около миллиона масс Солнца.

Одним из наиболее заметных образований в диске являются спиральные рукава, или ветви. Спиральная структура нашей Галактики очень хорошо развита. Выделяются две спиральные ветви: Стрельца и Персея (названы по созвездиям, где обнаруживаются эти ветви). В созвездии Ориона проходит ещё одна, не столь ярко выраженная ветвь (Орионов рукав). Вдоль рукавов сосредоточены самые молодые звёзды, например, сверхгиганты, рассеянные звёздные скопления и ассоциации. В рукавах происходит активное звёздообразование, здесь часто вспыхивают сверхновые.

Расстояние от Солнечной системы до центра Галактики составляет 23- 28 тыс. св. лет (7- 9 тыс. пк). Солнце находится на периферии Галактики, вне спиральных рукавов. Для Земли это обстоятельство очень благоприятно: она расположена в относительно спокойной части Галактики и в течение миллиардов лет не испытывает влияния космических катаклизмов.

детальные исследования, основанные на многочисленных наблюдениях, привели к заключению (советский астроном В. А. Амбарцумян), что процесс звёздообразования продолжается и в настоящую эпоху.

Газ в диске Галактики сосредоточен вблизи его плоскости, где он образует многочисленные газовые облака или туманности. Газовые туманности различаются по цвету – белые, зеленоватые, розовые и др.; цвет их зависит от температуры, плотности и химического состава газов.

Наиболее многочисленны из газовых туманностей – водородные, ведь водород является основным химическим элементом всей нашей Галактики. На втором месте по распространению – гелий (его 1/4); остальные химические элементы присутствуют в очень маленьких количествах.

Типичное облако атомарного водорода имеет температуру около 70 К, невысокую плотность (несколько десятков атомов в 1 см³). Размеры облаков водорода от 10 до 100 пк.

Кроме газа в пространстве имеется пыль. Она образует тёмные туманности, плотность которых. ничтожно мала; в 1 см³ пространства содержится один атом газа, на 100 млрд. атомов приходится одна пылинка.

Наблюдения показали, что межзвёздная пыль состоит преимущественно из двух видов частиц: углеродных и силикатных. Размер пылинок колеблется от одной миллионной до одной десятитысячной доли сантиметра.

Межзвёздные пыль и газ служат материалом, из которого формируются новые звёзды. В газовых облаках под действием сил тяготения образуются сгустки – зародыши будущих звёзд. Сгусток продолжает сжиматься до тех пор, пока в его центре температура и плотность не повысятся до такой степени, что начинаются термоядерные реакции. С этого времени сгусток газа превращается в звезду.

Межзвёздная пыль принимает активное участие в этом процессе. Пыль способствует более быстрому остыванию газа. Она поглощает энергию, выделяющуюся при сжатии, и переизлучает её в другом спектре. От свойств и количества пыли зависит масса образующихся звёзд...

Теперь астрономы полагают, что большинство галактик, включая и нашу собственную, содержат в центре сверхмассивные черные дыры. Черные дыры считаются “активными”, когда на них происходит аккреция больших количеств вещества. Это вещество, нагретое до миллионов градусов под влиянием сильных гравитационных сил, излучает особенно ярко в рентгеновском диапазоне.

Астрономы полагают, что большинство галактик, включая и нашу собственную, содержат в центре сверхмассивные черные дыры. Черные дыры считаются “активными”, когда на них происходит аккреция больших количеств вещества. Это вещество, нагретое до миллионов градусов под влиянием сильных гравитационных сил, излучает особенно ярко в рентгеновском диапазоне.

Большинство галактик относят к нескольким основным типам (по характерным внешним признакам, а мелкие различия галактик помогают подразделить эти типы на отдельные подтипы).

1. Эллиптические - круглая или эллиптическая форма (обозначаются Е, 25% от общего числа галактик) - наиболее простые галактики, не содержащие горячих звёзд сверхгигантов, пыли и газовых туманностей; нет ядра. Самые яркие звёзды – красные гиганты, звёзды движутся в произвольных направлениях с высокими скоростями. Делятся на 8 подтипов: от сферических систем Е0 до чечевицеобразных Е7 (цифра указывает степень сжатия).

2. Спиральные (S, 50%). Имеют два или более спиральных рукава, образующих плоский диск, в центральной области - сфероидальное вздутие (балдж), в котором находится ядро галактики. Богаты яркими газовыми туманностями, окружающими горячие звёзды-сверхгиганты; облаками тёмной газово-пылевой материи.

Делятся на:

а) обычные спиральные галактики (S) – ветви выходят из ядра;

б) пересечённые (SB) – ядро пересечено широкой, яркой полосой (перемычка, бар), от концов бара закручиваются спиральные рукава.

Спиральные галактики подразделяются на подтипы Sa, Sab, Sb, Sc, SBa и т.д. по относительным размерам ядра и диска (размеры ядра убывают от Sa к Sc). Некоторые спиральные системы видны в профиль как толстое или тонкое веретено, пересечённое полосой тёмного вещества, поглощающего свет. Наша галактика также является спиральной (Sb). Спиральные галактики окружены сфероидальной звёздной короной, в которой содержится значительная часть массы галактик.

3. Линзообразные, промежуточные галактики (S0, 20%,предсказаны, а потом найдены). Яркость от центра к краю падает ступеньками. Различают ядро, «линзу» и слабый «ореол». Иногда в наружных частях линзы видны зачатки спиральных рукавов, перемычки и наружное светлое кольцо.

4. Неправильные (Ir, 5%). Имеют неправильную форму и клочковатое строение; яркость и светимость невелики; изобилуют горячими сверхгигантами, газовыми туманностями (Магеллановы Облака), пылью, взаимодействующими галактиками; большинство из них – карлики.

в) Пекулярные. Каждая из галактик имеет свою уникальную форму. Обычно двойные галактики, между которыми наблюдаются перемычки, хвосты, мостики светлой и тёмной материи и т. д. – признаки взаимного влияния близко расположенных галактик. Среди них в специальный класс выделены взаимодействующие галактики.

По морфологическим свойствам галактики с нестационарными ядрами отличаются от нормальных галактик генерацией мощного рентгеновского, УФ-, ИК- и радиоизлучения, выбросами радиоизлучающей плазмы, ускорением газовых облаков и т. д.

Принято подразделять на четыре основных типа:

1. Сейфертовские галактики (К. Сейферт, 1943 г., США). В большинстве своём – спиральные галактики с яркими ядрами. Они образуют наиболее многочисленный класс нестационарных галактик. Характерным свойством является присутствие в их оптических спектрах широких эмиссионных линий (газ движется с большими скоростями). К 1983 г. обнаружено около 200 таких галактик (»1%.). Это, как правило, спиральные галактики типов Sa и Sb (»70%) Они часто входят в состав шар и групп галактик, но избегают областей, занятых богатыми скоплениями. (Эти особенности присущи всем галактикам с УФ - избытком). Большинство из них развёрнуты к нам плашмя, есть несколько случаев ярких сейфертовских галактик, развернутых к нам ребром (по-видимому, ядра обладают анизотропией излучения). Ядра сейфертовских галактик – одни из самых мощных источников нетеплового излучения. Их радиоизлучение в тысячи раз слабее, чем излучение радиогалактик. Ядро Нашей Галактики проявляет признаки активности и не исключено, что его по основным параметрам можно отнести к ядрам слабых сейфертовских галактик.

2. Радиогалактики обладают мощным электромагнитным излучением в радиодиапазоне, большинство из них – эллиптические галактики. К ним можно отнести радиоисточники с мощностью радиоизлучения, характерного для массивных эллиптических галактик. Радиогалактики делят дополнительно на несколько типов (D-галактики, Е-галактики, N-галактики и другие). Эллиптические Е-галактики бедны межзвёздным газом. В радиогалактиках имеется два излучающих облака (компонента), располагающихся более или менее симметрично относительно галактики, видимой в оптических лучах. Радиоисточники образуются в результате выделения энергии в ядре галактики. Важную роль играет биполярный характер магнитного поля ядра галактики, из магнитных полюсов которого вдоль силовых линий поля вытекают струи релятивистской плазмы, расширяющиеся со временем, расстояние между ними увеличивается. У некоторых радиогалактик обнаружены крупномасштабные остронаправленные струи выброшенного из ядер вещества. Ближайшие радиогалактики (Кентавр А, Дева А, Персей А и др.) являются ярчайшими членами скоплений галактик. Наиболее полно изучены радиогалактики:

*Лебедь А (Е-галактика, DB-радиогалактика, по красному смещению расстояние около 200 Мпк, 16-я звёздная величина, в центре – газово-пылевой слой);

*Кентавр А (ближайшая радиогалактика, содержит протяжённый радиоисточник, старую, сильно расширившуюся двойную структуру, в центре - компактная двойная радиоструктура, в ядре – компактный радиоисточник);

*Дева А (Е-галактика, тип сD, с одной стороны от ядра выброс вещества, с другой - расположен второй компонент радиоизлучения, имеет протяжённый радиоисточник относительно низкой поверхностной яркости, вероятно галактика движется через плотную межгалактическую среду скопления галактик в Деве).

3. Лацертиды – немногочисленная группа галактик с активными ядрами, их основной признак – переменность блеска, относятся к внегалактическим объектам. Характеризуются оптической переменностью с большой амплитудой, переменным радиоизлучением и заметной поляризацией излучения. Она имеет вид звёздоподобных объектов, окружённых туманными оболочками, похожими на квазары. В их оптических спектрах нет эмиссионных линий, по которым можно было бы измерить красное смещение и тем самым расстояние до объекта. Спектр слабой туманной оболочки вокруг яркого ядра содержит линии поглощения (они типичны для звёздного компонента удалённой галактики), и тем самым соответствует спектрам обычных эллиптических галактик. В ядрах лацертидов отсутствует газовая оболочка. Излучение лацертидов – это излучение, идущее из самых внутренних частей центрального источника. Характерные временами переменные излучения позволяют оценить размер радиоизлучающей области лацертидов. Возможно, лацертиды – далеко проэволюционировавшие массивные ядра гигантских массивных эллиптических галактик.

4. Квазары – точечные источники излучения, как и лацертиды. У близких квазаров обнаружены слабые туманные оболочки, спектры которых позволяют считать квазары ядрами далёких галактик.

В центрах галактик обычно сосредоточено огромное количество вещества (до 10% всей массы). Здесь происходят выбросы большинства количества вещества, что приводит к интенсивному движению от центра туч водорода. В отдельных галактиках ядро может представлять собой чёрную дыру.

Современная астрофизика рассматривает чёрные дыры как реальные космические объекты, возникающие в результате гравитационного коллапса тяжёлых звёзд и часто присутствующие в центрах галактик.

Два спутника Нашей Галактики.

Расстояние от Магеллановых облаков до нашей Галактики 200 и 170 тыс. св. лет.

Скопления и сверхскопления галактик

2.2 Местная группа галактик

Наиболее исследована Местная группа галактик. В неё входят 14 карликовых эллиптических галактик, несколько внегалактических шаровых скоплений и ряд неправильных галактик. Недавно открыта новая галактика Сникерс на расстоянии всего 55 световых лет. К семейству Туманности Андромеды относится 1 спиральная и 2 эллиптические и несколько карликовых галактик. Соседние группы галактик располагаются в 2-5 Мпк от Местной группы и по составу похожи на неё.

Общее число галактик нашего сверхскопления, исключая карликовые, - около 20 000. Его соседями являются сверхскопления во Льве (на расстоянии 140 Мпк) и в Геркулесе (190 Мпк). Всего выявлено пока около 50 сверхскоплений.

[1] Энциклопедический словарь астронома., Москва, “Педагогика”, 1980 г., стр.347.

Дата добавления: 2014-01-05