Реферат: 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.

Ця оцінка в цілому, вірно, відображає структуру Чумацького Шляху, хоча вона вельми неточна. Справа в тому, що окрім зірок до складу диска Галактики входять також численні газопилові хмари, які ослабляють світло віддалених зірок. Перші дослідники Галактики не знали про це поглинає речовину і вважали, що вони бачать всі її зірки.

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.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--