Розмiри i структура нашоi Галактики

Реферат з теми:

Розмiри i структура нашоi Галактики

Вступ

Галактика складаiться з двох основних пiдсистем диска i гало, вкладених одна в iншу i гравiтацiйно-пов'язаних один з одним. Перша - сферичне гало, ii зiрки концентруються до центру галактики, а щiльнiсть речовини, висока в центрi галактики, досить швидко падаi з вiддаленням вiд нього. Центральна, найбiльш щiльна частина гало в межах декiлькох тисяч свiтлових рокiв вiд центру Галактики називаiться балджа. Друга пiдсистема - це масивний зоряний диск. Його маса дорiвнюi 150 млрд. мас Сонця. Вiн являi собою як би двi складенi краями тарiлки. У диску концентрацiя зiрок значно бiльше, нiж в гало.

Центральна, найбiльш компактна область Галактики називаiться ядром. Якби ми жили на планетi бiля зiрки, що знаходиться поблизу ядра Галактики, то на небi були б виднi десятки зiрок, по яскравостi порiвнянних з Мiсяцем. Однак Сонце розташоване досить далеко вiд ядра Галактики - на вiдстанi 8 КПК (близько 26 000 свiтлових рокiв). Тому, якщо на околицях Сонця, в диску, одна зiрка припадаi на 8 кубiчних парсекiв, то в центрi Галактики в одному кубiчному парсек перебуваi 10 000 зiрок.Центр Галактики знаходиться в напрямку сузiр'я Стрiльця. У 2004 роцi остаточно доведено, що в центрi Галактики знаходиться чорна дiра з масою близько трьох мiльйонiв мас Сонця.

У кiльцевiй областi галактичного диска вiд 3 до 7 КПК зосереджено майже всi молекулярне речовина мiжзоряного середовища (хмари пилу i газу); там знаходиться найбiльша кiлькiсть пульсарiв i джерел iнфрачервоного випромiнювання. Видиме випромiнювання центральних областей Галактики повнiстю приховано вiд нас могутнiми шарами поглинаючоi матерii, так як Сонце знаходиться в площинi галактичного диска. Розмiри Галактики: дiаметр диска - 30 КПК (100 000 свiтлових рокiв), товщина диска - 1000 свiтлових рокiв.

Вивчення власних рухiв зiрок у Галактицi показуi, що галактичний диск обертаiться. Обертання Галактики вiдбуваiться за годинниковою стрiлкою, якщо дивитися на Галактику з боку ii пiвнiчного полюса, що знаходиться в сузiр'i Волосся Веронiки. Дослiдження показали, що Галактика маi добре виражену спiральну структуру. Спiралi представляють собою хвилi щiльностi, що поширюються в бiк обертання диска Галактики, з постiйною кутовий швидкiстю.

Зiрки Галактики

Обертання зiрок Галактики не пiдпорядковуiться i закону Ньютона. Цей незрозумiлий факт привiв до нових дивних вiдкриттiв, пов'язаних з поняттям темноi матерii.

Наше Сонце розташоване мiж спiральними рукавами Стрiльця i Персея, рухаiться зi швидкiстю близько 220 км / с, i робить повний оборот навколо центру Галактики за 200 мiльйонiв рокiв. За час свого iснування Сонце облетiло Галактику приблизно 30 разiв. Швидкiсть обертання Сонця навколо центру Галактики практично збiгаiться з тiiю швидкiстю, з якою в даному районi рухаються спiральнi рукави. Така ситуацiя неординарна для Галактики. РДдине мiсце, де швидкостi зiрок i спiральних рукавiв збiгаються, - це коротацiоне коло i, саме поблизу неi розташовано Сонце. Може бути, ця обставина дала можливiсть виникнути i зберегтися життя на Землi. Адже в спiральних рукавах вiдбуваються бурхливi процеси, потужне випромiнювання вiд яких згубило б все живе на Землi. Так що наше периферiйне положення по вiдношенню до галактичноi ВлстолицiВ» можна вважати навiть привiлейованим.

Зiрки галактичного диска були названi населенням I типу, зiрки гало - населенням II типу. До диску вiдносяться, як правило, зiрки раннiх спектральних класiв О i В, тобто молодi зiрки. Гало, навпаки, становлять об'iкти, що виникли на раннiх стадiях еволюцii Галактики. Вiк населення другого типу порядку 10 - 12 мiльярдiв рокiв. Населення першого типу вiдрiзняiться вiд населення другого типу великим вмiстом важких елементiв.

Згiдно сучасним уявленням, Галактика утворилася з повiльно обертаiться газовоi хмари, за своiми розмiрами перевершував ii в десятки разiв. Спочатку воно складалося з сумiшi 75% водню i 25% гелiю i майже не мiстило важких елементiв. Протягом приблизно мiльярда рокiв ця хмара вiльно стискалося пiд дiiю сил гравiтацii. Цей колапс неминуче призвiв до фрагментацii i початку процесу зореутворення. Спочатку газу було багато, i вiн перебував на великих вiдстанях вiд площини обертання. Виникли зiрки першого поколiння, в тому числi й досить масивнi, а також кульовi скупчення. РЗх сучасне просторовий розподiл вiдповiдаi первiсному розподiлу газу, близькому до сферичного.

Найбiльш масивнi зiрки першого поколiння швидко про еволюцiонували i збагатили мiжзоряне середовище важкими елементами, головним чином за рахунок спалахiв наднових. Та частина газу, яка не перетворилася в зiрки, продовжувала свiй процес стиснення до центру Галактики. З-за збереження моменту кiлькостi руху, ii обертання ставало швидше, утворився диск, i, в ньому знову почався процес зореутворення. Це друге поколiння зiрок виявилося багатим важкими елементами. Газ, що залишився стиснувся в бiльш тонкий шар, так виникла плоска складова - основна арена сучасного зореутворення. Зрозумiло, видiлення двох або трьох поколiнь зiрок дуже умовно: швидше за все, зореутворення було iдиним безперервним процесом, хоча в ньому i можливi були окремi етапи уповiльнення.

Аналiз обертання тiл в Галактицi показав, що маса ii повинна бути в десять разiв бiльше тiii, яку ми визначаiмо за видимими об'iктах. Значить, крiм гало, балджа i диска, разом з перебувають у них спостерiгаються зiрками i газом, i величезнi кiлькостi невидимоi речовини, яке проявляi себе тiльки в гравiтацiйнiй взаiмодii, але не фiксуiться нiякими приладами. Його назвали темною матерiiю. Диск i гало Галактики зануренi в корону темноi матерii, розмiри i маса якоi в 10 разiв бiльше, нiж розмiри диска i маса видимоi речовини Галактики.

Природа кинула справжнiй виклик людському знанню: на початку XXI столiття ми навiть не уявляiмо, з чого складаiться речовина, в основному заповнюi Всесвiт! За однiiю з гiпотез частина темноi матерii може полягати в коричневих карликiв, у щiльних i холодних молекулярних хмарках, якi мають малий розмiр i недоступнi для звичайних спостережень, а також у величезнiй кiлькостi нейтрино, якi мають ненульову масу спокою i заповнюють периферiю Галактики. Темна матерiя може знаходитися i в померлих зiрках. Однак бiльшiсть космологiв припускаi, що темна речовина складаiться не з барiонiв, а з екзотичних часток, що залишилися пiсля Великого вибуху.

Темна маса iснуi не тiльки в нашiй Галактицi. Так, в серединi вiсiмдесятих рокiв було встановлено, що Мiсцева група галактик рухаiться зi швидкiстю понад 600 км / с у бiк великого сверхскоплення галактик. Ця швидкiсть занадто велика, щоб ii можна було пояснити гравiтацiйною дiiю спостережуваних галактик. Вона свiдчить про присутнiсть темноi маси i мiж галактиками. Новiтнi спостереження слабких галактик за допомогою чутливих ПЗС-матриць дозволили не просто пiдтвердити наявнiсть прихованоi маси в скупченнях галактик, але i "картографувати" ii розподiл в скупченнях. У даному випадку гравiтацiя скупчення "працюi" як збиральноi лiнзи для зображень слабких блакитних галактик знаходяться далеко за самим скупченням. При цьому зображення далеких галактик спотворюються, "витягаючись" в дуги рiзноi довжини з центром, що збiгаiться з центром скупчення.

Природа сама придумала для астрофiзикiв гiгантський всехвильовий космiчний телескоп, заснований на ефектi гравiтацiйного лiнзування. Це явище, засноване на загальнiй теорii вiдносностi, було теоретично передбачене в тридцятi роки ХХ столiття Альбертом Ейнштейном. Якщо на шляху свiтла вiд далекого джерела до нас i який-небудь масивний об'iкт, наприклад типу, то променi свiтла в ii полi тяжiння будуть викривлятися, i галактика виступить у ролi лiнзи, що збираi свiтло. Результат, зокрема, може полягати в появi кратного (подвiйного, потрiйного i т.д.) Зображення одного i того ж об'iкта, або посилення його яскравостi, якщо Земля виявилася на потрiбнiй вiдстанi вiд гравiтацiйноi лiнзи. Перша гравiтацiйна лiнза була вiдкрита в 1979 р. Це був квазар. Зараз вiдомо бiльше 25 гравiтацiйних лiнз. Серед гравiтацiйних лiнз зустрiчаються утворення рiзноi форми, а найбiльш ефектними виглядають хрести i кiльця Ейнштейна. Природа ж прихованоi маси у Всесвiтi залишаiться незрозумiлою до теперiшнього часу.

Розмiри Галактики

ТРрунтуючись на результатах своiх пiдрахункiв, Гершель зробив спробу визначити розмiри Галактики. Вiн зробив висновок, що наша зоряна система маi кiнцевi розмiри i свого роду товстий диск: у площинi Чумацького Шляху вона простираiться на вiдстань не бiльше 850 одиниць, а в перпендикулярному направленнi - на 200 одиниць, якщо прийняти за одиницю вiдстань до Сiрiус. За сучасною шкалою расстохуванням це вiдповiдаi 7300 х 1700 свiтлових рокiв.

Ця оцiнка в цiлому, вiрно, вiдображаi структуру Чумацького Шляху, хоча вона вельми неточна. Справа в тому, що окрiм зiрок до складу диска Галактики входять також численнi газопиловi хмари, якi ослабляють свiтло вiддалених зiрок. Першi дослiдники Галактики не знали про це поглинаi речовину i вважали, що вони бачать всi ii зiрки.

Справжнi розмiри Галактики були встановленi тiльки в XX ст. Виявилося, що вона i значно бiльш плоским утворенням, нiж припускали ранiше. Дiаметр Галактичного диска перевищуi 100 тис. свiтлових рокiв, а товщина - близько 1000 свiтлових рокiв. За зовнiшнiм виглядом Галактика нагадуi чечевичное зерно з потовщенням посерединi.

Через те, що Сонячна система знаходиться практично в площинi Галактики, заповненою поглинающей матерiiю, дуже багато деталей будови Чумацького Шляху прихованi вiд погляду земного спостерiгача. Проте iх можна вивчати на прикладi iнших галактик, схожих з нашою. Так, в 40-i рр. XX столiття, спостерiгаючи Галактику М 31, бiльше вiдому як туманнiсть Андромеди, нiмецький астроном Вальтер Бааде (в тi роки вiн працював у США) зауважив, що плоский лiнза подiбний диск цiii величезноi галактики занурений в бiльш розрiдженеве зоряне хмару сферичноi форми - гало. Оскiльки туманнiсть Андромеди дуже схожа на нашу Гаки, Бааде припустив, що подiбна структура i й у Чумацькому Шляху. Зiрки галактичного диска були названi населенням I типу, а зiрки гало (або сферичною состагенноi складовоi) - населенням II типу.

Як показують сучаснi дослiдження, два види зоряного населення вiдрiзняються не тiльки пропросторовi становищем, а й характером руху, а також хiмiчним складом. Цi особливостi пов'язанi в першу чергу з рiзним походженням диска i сфери-чеський складовоi.

Гало

Межi нашоi Галактики визначаються розмiрами гало. Радiус гало значно бiльше розрiз диска i за деякими даними досягаi декiлькох сот тисяч свiтових рокiв. Центр симетрii гало Чумацького Шляху спiвпадаi з центром галактичного диска.

Складаiться гало в основному з дуже старих, неяскравих мало масивних зiрок. Вони зустрiчаються як поодинцi, так i у виглядi кульових скупчень, якi можуть включати в себе бiльше мiльйона зiрок. Вiк населення сферичноi складовоi Галактики перевищуi 12 млрд. рокiв. Його звичайно приймають за вiк самоi Гаки.

Характерною особливiстю зiрочок гало i надзвичайно мала доля в них важких хiмiчних елементiв. Зiрки, що утворюють кульовi скупчення, мiстять металiв в сотнi разiв менше, нiж Сонце.

Зiрки сферичноi концентруються до центру Гаки. Центральна, найбiльш щiльна частина гало в межах декiлькох тисяч свiтлових рокiв вiд центру Галактики називаiться балджа (у перекладi з англiйського "потовщення").

Зiрки i зорянi скупчення гало рухаються навколо центру Галактики по дуже витягнутих орбiтах. Через те, що обертання окремих зiрок вiдбуваiться майже безладно (тобто швидкостi сусiднiх зiрок можуть мати самi рiзнi напрями), гало в цiлому обертаiться дуже повiльно.

Диск

У порiвняннi з гало диск обертаiться помiтно швидше. Швидкiсть його обертання не однакова на розособистих вiдстанях вiд центру. Вона швидко зростаi вiд нуля в центрi до 200-240 км / с на вiдстанi 2 тис. свiтлових рокiв вiд нього, потiм наскiльки зменшуiться, знову вiку приблизно до того ж значення i далi залишаiться майже постiйною. Вивчення особливостей обертання диска дозволило оцiнити його масу. Виявилося, що вона в 150 млрд. раз бiльша за масу Сонця.

Населення диска дуже сильно вiдрiзняiться вiд населення гало. Поблизу площини диска концентруються молодi зiрки i зорянi Скопленя, вiк яких не перевищуi декiлькох мiльярдiв рокiв. Вони прозорують так звану плоску содовоi. Серед них дуже багато яскравих i гарячих зiрок.

Газ в диску Галактики також СОСР доточив в основному поблизу його площину. Вiн розподiлений нерiвномiрний, утворюючи численнi газовi хмари - вiд гiгантських неоднорiдних за структурою понад хмар якi простягаються кiлька тисяч свiтових рокiв до маленьких хмарок розмiрами не бiльше парсеки.

Основним хiмiчним елементом у нашiй Галактицi i водород. Приблизно на 1 / 4 вона з гелiю. У порiвняннi з цими двома елементами iншi присутностi в дуже невеликих кiлькiстюствах. У середньому хiмiчний склад зiрок i газу в диску майже такий же, як у Сонця.

Ядро

Однiiю з найцiкавiших областей Галактики вважаiться ii центр, або ядро, розташоване в напрямку сузiр'я Стрiльця. Видиме випромiнювання центральних областей Галактики повнiстю приховано вiд нас могутнiми шарами поглинаючоi матерii. Тому його почали вивчати тiльки пiсля створення приймачiв iнфрачервоного i радiовипромiнювання, яке поглинаiться у меншiй мiрi.

Для центральних областей Галактики характерна сильна концентрацiя зiрок: у кожному кубiчному парсек поблизу центру iх мiститься багато тисячi. Вiдстанi мiж зiрками в десятки i сотнi разiв менше, нiж в околицях Сонця. Якби ми жили на планетi бiля зiрки, що знаходиться поблизу ядра Галактики, то на небi були б виднi десятки зiрок, по яскравостi порiвнянних з Мiсяцем, i багато тисяч яскравiших, нiж найяскравiшi зiрки нашого неба.

Крiм великоi кiлькостi зiрок в центральнiй областi Галактики спостерiгаiться околоядерного газовий диск, що складаiться переважно з молекулярного водню. Його радiус перевищуi 1000 свiтлових рокiв. Ближче до центру вiдзначаються областi iонiзованого водню i численнi джерела iнфрачервоного випромiнювання, що свiдчать про те, що вiдбуваiться там зореутворення. У самому центрi Галактики передбачаiться iснування масивного компактного об'iкта - чорноi дiри масою близько мiльйона мас Сонця. У центрi знаходиться також яскраве радiоджерело Стрiлець А, походження якого пов'язують з активнiстю ядра.

Спiральнi гiлки

Одним з найбiльш помiтних утворень в дисках галактик, подiбних нашiй, i спiральнi гiлки (або рукави).Вони i дали назву цьому типу об'iктiв - спiральнi галактики. Спiральна структура в нашiй Галактицi дуже добре розвинена. Уздовж рукавiв в основному зосередженi наймолодшi зiрки, багато розсiянi зорянi скупчення й асоцiацii, а також ланцюжки щiльних хмар мiж зоряного газу, в яких продовжують утворюватися зiрки. У спiральних гiлках знаходиться велика кiлькiсть змiнних i спалахують, в них найчастiше спостерiгаються вибухи деяких типiв найновiших. На вiдмiну вiд гало, де будь-якi прояви зоряноi активностi надзвичайно рiдкiснi, в гiлках продовжуiться бурхливе життя, пов'язана з безперервним переходом речовини з мiжзоряного простору в зiрки i назад. Галактичне магнiтне поле, яке пронизуi весь газовий диск, також зосереджене головним чином в спiралях.

Спiральнi рукави Чумацького Шляху в значнiй мiрi прихованi вiд нас поглинаючою матерiiю. Докладний iх дослiдження почалося пiсля появи радiотелескопiв. Вони дозволили вивчати структуру Галактики за спостереженнями радiовипромiнювання атомiв мiжзоряного водню, концентруiться уздовж Довгих спiралей. За сучасними уявленнями, спiральнi Рукави пов'язанi з хвилями стиснення, що розповсюджуються по диску галактики. Проходячи через областi стиснення, речовина диска ущiльнюiться, а утворення зiрок з газу стаi iнтенсивнiшим. Причини виникнення в дисках спiральних галактик такоi своiрiдноi хвильовоi структури не цiлком яснi. Над цiiю проблемою працюють багато астрофiзики.

Список лiтератури

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

2. Кононович Е.В, Мороз В.РЖ. "Загальний курс астрономii". Москва, 2004.

3. А.Р. Орбiнського. ВлУспiхи астрономiiВ». 2000.

4. А.А. РЖванов. ВлВведення в астрономiюВ», 2001.

Вместе с этим смотрят:

Aerospace industry in the Russian province

РЖсторiя ракетобудування Украiни

Авиационно-космические отрасли в российской провинции

Атомы и молекулы

Биология в школе, наука и идеология