Распределение галактик в пространстве

Наша Галактика

Первым ученым, который предположил, что Млечный Путь состоит из отдаленных звезд, был Демокрит. Основываясь на результатах своих подсчетов, Вильям Гершель в 18 столетии сделал попытку определить размеры Галактики. Он доказал, что наша звездная система имеет конечные размеры и создает своего рода толстый диск: в плоскости Млечного Пути она тянется на расстояние не больше 850 единиц, а в перпендикулярном направлении – 200 единиц, если за единицу принять расстояние до Сириуса. По современной шкале расстояний это отвечает 7300x1700 световых лет.

Эта оценка в целом отображает структуру Млечного Пути, хотя она не совсем точная. Дело в том, что кроме звезд, в состав диска галактики входят численные газопылевые облака, которые ослабляют свет отдаленных звезд. Исследователи Галактики не знали о поглощающем веществе и считали, что они видят все звезды. Реальные размеры Галактики были установлены только в 20 столетии. Оказалось, что она является более плоским образованием, чем предполагали раньше. На вид Галактика напоминает зерно чечевицы с утолщением посредине.

Так, в 40-х годах 20 столетия, наблюдая галактику М31, более известную как туманность Андромеды, немецкий астроном Вальтер Бааде отметил, что плоский линзообразный диск этой огромной галактики погружен в более разряженное звездное облако сферической формы – гало. Поскольку туманность Андромеды очень похожа на нашу галактику, Бааде предположил, что подобную структуру имеет и Млечный Путь. Звезды галактического диска были названы населением I типа, а звезды гало – населением II типа.

Наша Галактика – спиральная система массой от 2۰10¹¹ до 8,5۰10¹¹ – 11,5۰10¹¹ М○, радиусом около 1,5۰10⁴ – 2۰10⁴ пк и светимостью 2۰10¹⁰ - 4۰10¹⁰ L○. Галактика состоит из 150-200 млрд звезд и бесчисленным количеством других космических объектов: более 6000 галактических молекулярных облаков, которые содержат в себе до 50% межзвездного газа, туманностей, планетных тел и других систем, нейтронных звезд, белых и коричневых карликов, черных дыр, космической пыли и газа. Диск галактики пронизан великомасштабным магнитным полем, что удерживает частицы космических лучей и вынуждает их двигаться вдоль магнитных линий по винтообразным траекториям. 85-95 % массы Галактики сосредоточено в звездах, 5-15 % - в межзвездном диффузном газе. Массовая часть тяжелых элементов в химическом составе Галактики составляет 2 %. Возраст Галактики 14,4 1,3 млрд лет. Большая часть звезд Галактики образовалась более 9 млрд лет тому назад.

Основная часть звезд, которые составляют Галактику, наблюдаются с Земли как серебристо-белая полоса, пересекающая все небо, - Млечный Путь, в котором сливается свет миллиардов звезд.

Мы наблюдаем свою Галактику изнутри, что затрудняет определение ее формы, структуры и некоторых физических характеристик. Телескопическим наблюдениям доступно только 10⁹, т.е. до 1% всех звезд Галактики.

Ядро галактики наблюдается в созвездии Стрельца (α = 17^h38^m, δ = - 30⁰), занимая часть созвездия Щита, Скорпиона и Змееносца. Ядро полностью скрыто за мощными газопылевыми облаками общей массой 3۰10⁸ М○ в 700 пк от центра Галактики, которые поглощают видимое, но пропускают радио- и инфракрасное излучение. При их отсутствии ядро Галактики было бы самым ярким после Солнца и Луны небесным светилом.

В центре ядра наблюдается уплотнение – керн. Всего в 400 световых годах от центра, в недрах газопылевой туманности Стрелец А прячется черная дыра массой около 4,6۰10⁶ М○. В самом центре области, размерами менее 1 пк, предположительно очень густое скопление голубых сверхгигантов (до 50000 звезд).

Наша Галактика имеет перемычку – бар, с концов которой в 4000 пк от центра Галактики начинают закручиваться 3 спиральные рукава. Вблизи одного из них – рукава Ориона - находится Солнечная система. Период обращения Солнечной системы около центра Галактики составляет 195-220 млн лет.

Галактики

Галактики – пространственно отделенные, гравитационно-связанные системы космических тел, основными структурными элементами которых является от 10⁶ до 10²³ звезд, которые содержат в себе до 95 % видимого галактического вещества, разные виды туманностей, планетные тела и космические объекты. Масса галактик от 10²⁶ до 10⁴³ кг, размерами от 10³ , возраст – более 1,3 ۰10¹⁰ лет.

Мир галактик очень разнообразен. Но уже в 1925 г. Хаббл осуществил первую и очень удачную попытку классифицировать галактики по внешнему виду, разделив их на три типа: эллиптические Е, спиральные S и неправильные Ir.

Эллиптические галактики имеют вид кругов или эллипсов, яркость которых плавно уменьшается от центра к краю. Их делят на 8 подтипов от Е0 (круговой объект) до Е7(объект существенно сплющен)

Спиральные галактики состоят из ядра и нескольких спиральных рукавов или ветвей. В обычных спиральных галактиках (тип S) ветви выходят непосредственно из ядра.

В спиральных галактиках с перемычкой (тип SВ) ядро пересекается вдоль диаметра поперечной полосой из звезд – перемычкой или баром, от концов которой начинаются спиральные рукава. В зависимости от степени развития рукавов галактики S и SВ делятся на подклассы Sа, Sb, и Sс. У галактик подкласса Sа спиралей почти не видно, тогда как у галактик подкласса Sс почти все вещество сосредоточено в спиральных рукавах.

Промежуточными между галактиками Е и S являются линзовидные галактики, яркость которых от центра к краю изменяется скачками.

К неправильным галактикам относятся галактики, не имеющие четко выраженного ядра и симметричной структуры.

Наша Галактика - пересеченная спиральная галактика класса SВа.

Ближайшая к нам спиральная галактика в северном полушарии неба – Туманность Андромеды. В южном полушарии наблюдаются две неправильные галактики – Большое Магелланово Облако и Малое Магелланово Облако.

Примерно 25 % изученных галактик – эллиптические, 50 % - спиральные, 20 % - линзовидные галактики и лишь 5 % - неправильные.

В отдельные группы галактик выделяются:

- взаимодействующие галактики, связанные между собой «перемычками», «хвостами» и «гамма-формами», которые состоят из звезд;

- компактные галактики, которые не превышают по своим размерам 3000 св. лет, и изолированные в пространстве звездные системы, которые имеют значительно меньшие размеры;

- активные галактики – имеют особенно яркие ядра, из которых вырывается светящийся газ, движущийся с огромной скоростью – тысячи километров в секунду.

В особый класс космических объектов следует выделить квазары – квазизвездные радиоисточники.

Расстояние до галактик определяют несколькими способами на основе наблюдений тех объектов, которые находятся в них:

а) звезд цефеид на основе соотношения «период перемены блеска – светимость цефеид»

б) звезд ярких голубых и красных гигантов и сверхгигантов – по фотометрической формуле

где – видимая звездная величина звезды, М – абсолютная звездная величина;

в) вспышек новых и сверхновых.

Расстояние до далеких галактик определяется по закону Хаббла

= = , где Н = 75 км/(с۰Мпк) – постоянная Хаббла

Благодаря работам Нобелевских лауреатов С. Перлмуттера, А. Райсса и Б. Шмидта (2011), наблюдавших за вспышками сверхновых звезд и очень удаленных галактиках, стало ясно, что Вселенная расширяется с ускорением, т.е. кроме всемирного тяготения, существует всемирное антитяготение – отталкивание одних галактик от других. Эта сила, природа которой пока не ясна, проявляет себя на больших космологических расстояниях и связана, вероятно, со специфическими свойствами возможно существующей в межгалактическом пространстве темной невидимой материи, получившей название «темная энергия». Таким образом, можно предвидеть будущее Вселенной: ее расширение никогда не прекратится, а будет происходить все быстрее и быстрее.

Распределение галактик в пространстве

Проведя тщательное исследование галактик, Хаббл в 1934 г. предположил, что подобных объектов на всей небесной сфере насчитывается около 5 млн. Сейчас принято считать, что галактик величиной до 30^m около 100 млрд.

Галактики очень редко бывают одиночными. Как правило, они расположены небольшими группами по несколько членов или входят в состав больших скоплений из сотен и тысяч галактик. Наша Галактика входит в состав так называемой Местной группы, которая содержит еще две большие спиральные галактики – Туманность Андромеды и галактику из созвездия Треугольника, а также более 20 карликовых и неправильных галактик, среди которых самые большие – Магеллановы облака.

Размеры скоплений галактик составляют несколько мегапарсек. В настоящее время известно сотни и тысячи звездных систем. Со многими скоплениями связаны мощные и протяженные источники рентгеновского излучения. Между скоплениями находится горячий газ очень малой плотности. В пространстве галактики распределены неравномерно. Области с повышенной плотностью чередуются с пустотами, в которых средняя плотность галактик значительно меньше.

В целом галактики и скопления галактик как бы располагаются на определенных поверхностях, напоминающих соты, охватывающие собой пустоты. Другими словами, распределение вещества во Вселенной имеет ячеистую структуру. А размеры пустот сравнимы с размерами сверхскоплений.