Астрономическое изучение Галактики

Размещено на http://www.allbest.ru/

При наблюдениях звёздного неба вдали от крупных городов на нём в безлунную ночь хорошо видна широкая светящаяся полоса - Млечный Путь. Своё название Млечный путь получил от древнегреческих мифов. Согласно одному из них Млечный Путь - это молоко, которое будто бы младенец Геркулес пролил, когда его кормила богиня Гера. Действительно, белёсая полоса Млечного Пути напоминает пролитое молоко. Галилео Галилей в конце 1610 г., наблюдая Млечный Путь в телескоп, установил, что он состоит из колоссального множества очень слабых звёзд; его звёздная структура хорошо видна даже в обычных бинокль.

От созвездия Лебедя до созвездия Центавра Млечный путь выглядит раздвоенным. Отсутствие звёзд в тёмной части Млечного Пути объясняется наличием разреженной тёмной пылевой материи, концентрирующейся в пространстве к галактической плоскости. Эта материя поглощает и ослабляет свет далёких звёзд.

Газ и пыль в Галактике распределены очень неоднородно. Помимо разреженных пылевых облаков, наблюдаются плотные тёмные облака пыли. Когда эти плотные облака освещены яркими звёздами, они отражают их свет, и тогда мы видим отражательные туманности. Так же существуют диффузные туманности, а примером диффузных туманностей особого типа служат планетарные туманности.

Исследования распределения звёзд, газа и пыли показали, что наш Млечный Путь - Галактика представляет собой плоскую систему, имеющую спиральную структуру. В Галактике около 100 млрд звёзд. Среднее расстояние между звёздами в Галактике около 5 св. лет. Но в центре Галактики, в её ядре плотность значительно выше и расстояние между звёздами в сотни раз меньше, чем среднее.

Мы находимся внутри Галактики, поэтому нам трудно представить её внешний вид, но во Вселенной есть много других похожих галактик и по ним мы можем судить о нашем Млечном Пути, например галактики Водоворот и Сомбреро, которую мы можем наблюдать с ребра.

Галактика вращается. Солнце, находящееся на расстоянии около 8 кпк (26 000 св. лет) от центра Галактики, обращается со скоростью около 220 км/с вокруг центра Галактики, совершая один оборот почти за 200 млн лет.

В настоящее время астрономы тщательно изучают центр нашей Галактики. Именно его свойства, процессы, в нём происходящие, определяют структуру всей Галактики. Наблюдения за движением отдельных звёзд около центра Галактики показали, что там, в небольшой области с размерами, сравнимыми с размерами Солнечной системы, сосредоточена невидимая материя, масса которой превышает массу Солнца в 2 млн. раз. Это указывает на существование в центре Галактики массивной чёрной дыры.

Кроме звёзд, газа и пыли, наша Галактика заполнена космическими лучами (релятивистскими частицами) - протонами, электронами и ядрами атомов других химических элементов, которые движутся со скоростями, близкими к скорости света. Под действием магнитного поля, которое тоже пронизывает всю Галактику, космические лучи двигаются по запутанным траекториям, не покидая Галактику. Релятивистские электроны космических лучей, двигаясь в магнитном поле, излучают радиоволны. Это радиоизлучение астрономы исследуют с помощью радиотелескопов, изучая распределение магнитного поля и космических лучей в Галактике.

Во 20-х годах ХХ века было установлено, что объекты, называвшиеся ранее эллиптическими и спиральными туманностями, находятся за пределами нашей Галактики и являются самостоятельными звёздными системами - галактиками (по числу входящих в них звёзд они не уступают нашей звёздной системе). Изучение строения галактик, их распределение и движение в пространстве имеет решающее значение для понимания законов эволюции всей части наблюдаемой нами Вселенной.

Число галактик, доступных наблюдениям в крупнейшие телескопы, достигает десятки миллиардов. Несмотря на исключительное многообразие внешнего вида, большинство галактик всё же можно объединить в несколько основных типов: эллиптические, спиральные, неправильные.

К эллиптическим галактикам относятся те, которые имеют вид кругов или эллипсов. Их яркость плавно уменьшается от центра к периферии. Никакой внутренней структуры у этих галактик нет. Наблюдения показывают, что эти галактики не вращаются, в них очень мало газа и пыли.

Спиральные состоят из ядра и нескольких спиральных рукавов, или ветвей. У обычных спиральных галактик эти ветви отходят непосредственно от ядра. У пересечённых спиральных галактик ядро пересекается по диаметру пересечённой полосой - перемычкой (баром). Они вращаются, в них много газа и пыли, которые концентрируются к плоскости галактики в спиральных рукавах.

К неправильным галактикам относятся те, у которых отсутствует чётко выраженное ядро и не обнаружена вращательная симметрия.

Специальный класс галактик представляют взаимодействующие галактики. Обычно это двойные галактики, между которыми наблюдаются светлые перемычки, «хвосты» и т. д.

В ядрах некоторых галактик происходят бурные процессы, такие галактики получили название активных галактик. Так, в галактике М87 в созвездии Девы наблюдается яркий выброс вещества со скоростью около 3 000 км/с. Эта галактика оказалась мощным источником радиоизлучения.

Радионаблюдения галактик показали, что большинство из них являются слабыми источниками радиоизлучения, основная доля их излучения приходится на свет звёзд галактики. Однако существуют такие галактики, радиоизлучение которых не только не сравнимо, но и значительно превышает оптическое излучение. Эти галактики получили название радиогалактик. Одним из ярчайших представителей радиогалактик служит Центавр А. На фотографии видно, что галактика пересечена мощной полосой поглощающего вещества.

Анализ свойств радиоизлучения показывает, что оно вызывается облаками горячей плазмы, выброшенной из ядра галактики. Облака горячей плазмы движутся со скоростью, близкой к скорости света.

Ещё более мощными источниками радиоизлучения являются квазары, полное название которых - квазизвёздные (почти звёздообразные) радиоисточники. Квазары являются так же мощными источниками инфракрасного, рентгеновского и гамма-излучения. А вот размеры квазаров оказались небольшими, около 1 астрономической единицы (1 а. е = расстояние от Земли до Солнца, приблизительно). Тщательные исследования показали, что квазары представляют собой активные ядра галактик, структура которых пока недоступна современной технике наблюдений.

По современным представлениям, в ядрах галактик, как и в ядре нашей Галактики, находятся массивные чёрные дыры. Поэтому наиболее разработанной моделью квазара является модель с массивной чёрной дырой, расположенной в центре определённого типа галактик. С высокой звёздной плотностью. Длительное и мощное энерговыделение может быть полностью объяснено выпадением вещества галактики на чёрную дыру. Масса такой чёрной дыры составляет около 10^8 масс Солнца, а её радиус 3*10^18 км. Находясь в центре галактики с высокой звёздной плотностью, такая чёрная дыра может захватывать целые звёзды. Для обеспечения наблюдаемой светимости квазаров достаточно, чтобы чёрная дыра захватывала хотя бы одну звезду в год. При высоких плотностях звёзд в ядрах галактик такие частые захваты чёрной дырой вполне реальны.

Известно, что диаметр нашей Галактики достигает почти 30 кпк (10 000 св. лет), диаметр Андромеды (М31) - 40 кпк. Расстояние от нас до туманности Андромеды составляет 670 кпк (2 млн. св. лет), следовательно, превышает диаметры крупных галактик почти в 20 раз. Среднее же расстояние между звёздами примерно такое же, как между Солнцем и звездой альфа Центавра, т. е. около 275000 астрономических единиц и больше диаметра солнца примерно в 27,5 миллионов раз. Таким образом, галактики значительно теснее сближены в пространстве, чем звёзды между собой.

Систематические исследования распределения галактик по небу показали, что наряду с отдельными галактиками наблюдаются скопления галактик. Так, наша Галактика, туманность Андромеды, Большое и Малое Магеллановы Облака и ещё несколько звёздных систем образуют Местную группу, в которую входят 25 галактик. Галактики Местной группы связны общим тяготением и движутся вокруг общего центра масс.

Сейчас известно около 4 000 скоплений галактик, в которых насчитываются сотни и тысячи звёздных систем. В среднем диаметры скоплений близки к 8 Мпк (26 млн. св. лет). (21) Одним из наибольших является скопление галактик в созвездии Волосы Вероники. Оно находится на расстоянии 70 Мпк от нас. В этом богатом скоплении насчитывается около 40 000 галактик. галактика звезда хаббл радиоизлучение

Красное смещение в спектрах галактики и закон Хаббла

Свет галактик в основном представляет собой суммарный свет миллиардов звёзд и газа. Для изучения физических свойств галактик астрономы используют методы спектрального анализа света.

Наблюдения показывают, что линии во всех спектрах известных галактик смещены к красному концу спектра. Это явление было названо красным смещением. При этом отношение смещения спектральной линии

дельта лямбда = лямбда - лямбда нулевое

к длине волны лямбда нулевое оказалось для всех линий одинаковым в спектре данной галактики. Отношение

Z = дельта лямбда делить на лямбда нулевое = лямбда - лямбда нулевое делить на лямбда нулевое

длина волны спектральной линии, наблюдаемой в лаборатории, характеризует красное смещение.

Общепринятая в настоящее время интерпретация этого явления связана с эффектом Доплера, согласно которому смещение спектральных линий вызвано движением (удалением) излучающего объекта (галактики) со скоростью «вэ» от наблюдателя. При малых красных смещениях (z << 1) скорость объекта может быть найдена по формуле Доплера.

После того, как по красному смещению были найдены расстояния до галактик, известный астроном Эдвин Хаббл установил интересную зависимость, названную законом Хаббла: скорости удаления галактик возрастают прямо пропорционально расстоянию до них.

Используя закон Хаббла, удаётся измерить расстояния до галактик по их красному смещению.

Так, самый близкий к нам квазар 3С273 имеет красное смещение z=0,158. Это означает, что он удаляется от нас со скоростью 47 400 км/с. Из закона Хаббла следует, что расстояние до него 2 млрд. световых лет.

Размещено на Allbest.ru