Строение и эволюция галактик реферат

Обновлено: 18.05.2024

Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!

Строение, происхождение и эволюция галактик и звезд

Происхождение и эволюция галактик и звезд.

Небесные тела находятся в непрерывном движении и изменении. Десятки тысяч лет назад небо Земли украшали фигуры других созвездий, миллиарды лет назад вообще еще не было Земли, Луны, планет, Солнца, многих звезд и галактик. Когда и как именно они произошли, наука стремится выяснить, изучая небесные тела и их системы. Раздел астрономии, занимающийся проблемами происхождения и эволюции небесных тел, называется космогонией.

Современные научные космогонические гипотезы – результат физического, математического и философского обобщения многочисленных наблюдательных данных. В космогонических гипотезах в значительной мере находит свое отражение общий уровень развития естествознания. Дальнейшее развитие науки, обязательно включающее в себя астрономические наблюдения, подтверждает или опровергает эти гипотезы. Подтверждаются те гипотезы, которые не только могут объяснить известные из наблюдений факты, но и предсказать новые открытия.

Звезды возникали в ходе эволюции галактик. Большинство астрономов считают, что это происходило в результате сгущения (конденсации) облаков диффузной материи, которые постепенно формировались внутри галактик. Одна из исходных предпосылок такой гипотезы состоит в том, что, как показывают наблюдения, “молодые” звезды всегда тесно связаны с газом и пылью. Эти звезды и диффузная материя концентрируются в спиральных ветвях галактик. Местами наиболее интенсивного звездообразования считаются массы холодного межзвездного вещества, которые называются газово-пылевыми комплексами. Наиболее изученный газово-пылевой комплекс нашей Галактики находится в созвездии Ориона, он включает в себя туманность в Орионе, более плотные газово-пылевые облака и другие объекты. Представим себе холодное газово-пылевое облако. Силы тяготения сжимают его, оно принимает шарообразную форму. При сжатии будут возрастать плотность и температура облака. Возникнет будущая, рождающаяся звезда (протозвезда). Температура ее поверхности пока еще мала, но протозвезда уже излучает в инфракрасном диапазоне, а поэтому рождающиеся звезды можно попытаться обнаружить среди довольно многочисленных источников инфракрасного излучения. Поиски протозвезд (и протогалактик) сейчас ведутся на многих обсерваториях.

Одно из основных отличий протозвезды от звезды заключается в том, что в протозвезде еще не происходят термоядерные реакции, то есть в ней нет еще основного источника энергии обычных звезд. Термоядерные реакции начинаются, когда в процессе сжатия протзвезды температура ее недрах станет порядка 107 К. С этого времени стадия сжатия звезды прекращается: сила внутреннего давления газа теперь уже может уравновесить силу тяготения внешних частей звезды.

Стадия сжатия звезд, массы которых значительно больше массы Солнца, продолжается всего лишь сотни тысяч лет, а звезды, массы которых меньше солнечной, сжимаются сотни миллионов лет. Чем больше масса звезды, тем при большей температуре достигается равновесие. Поэтому у массивных звезд большие светимости.

Стадию сжатия сменяет стационарная стадия, сопровождающаяся постепенным “выгоранием” водорода. В стационарной стадии звезда проводит

В ХХ веке в астрономии произошли радикальные изменения. Начиная с 20-30-х гг. в качестве теоретической основы астрономического познания стали выступать (наряду с классической механикой) релятивистская и квантовая механика. Эмпирический базис астрономии стал всеволновой (радио-, инфракрасный, оптический, ультрафиолетовый, рентгеновский и гамма- диапазоны). Общая теория относительности дала возможность модельного теоретического описания явлений космологического масштаба. Создание квантовой механики послужило импульсом развития астрофизики и космогонического аспекта астрономии (выяснения источников энергии и механизмов эволюции звёзд, звёздных систем и др.); обеспечило переориентацию задач астрономии с изучения механических движений космических тел (под влиянием гравитационного поля) на изучение их физических и химических характеристик. Выдвижение астрофизических проблем на первый план сопровождалось интенсивным развитием таких отраслей астрономической науки, как звёздная и внегалактическая астрономия. Появилась возможность непосредственного исследования с помощью космических аппаратов и наблюдений космонавтов околоземного космического пространства, Луны и планет Солнечной системы. Всё это привело к значительному расширению наблюдаемой области Вселенной и открытию целого ряда необычных явлений:

*Обнаружение в 50-х гг. явлений распада скоплений и групп галактик;

*Открытие в 60-е гг. квазаров, радиогалактик, взрывной активности ядер галактик с колоссальным энерговыделением (около 1060 эрг);

*Обнаружение нестационарных явлений в недрах звёзд и нестационарных явлений в солнечной системе;

Попытки объяснить эти и другие новейшие открытия столкнулись с рядом трудностей (необходимость совершенствования теоретико-методологического инструментария современной астрономии).Выделяются новые отрасли теоретической и наблюдательной астрономии, возникают прикладные отрасли астрономии (успехи космической техники). Возрастает роль общетеоретических интеграционных принципов, понятий, установок, которые формируются под влиянием математики, физики, других естественных и даже гуманитарных наук.

Во второй половине ХХ века астрономия вступила в период научной революции, которая изменила способ астрономического познания (радикальная смена методологических установок астрономического познания и астрономической картины мира, а затем методологические установки неклассической астрономии).

Мир галактик стал интенсивно изучаться с 1920 г., когда шведский астроном К. Лундмарк разложил на звёзды периферийную часть спиральной туманности в созвездии Треугольника. Вскоре американский астроном Э. Хаббл, работавший на крупнейшем в то время телескопе с зеркалом диаметром 2,5 м., установил звёздную природу спиральных рукавов туманности Андромеды и нескольких более слабых галактик неправильной формы. Это положило начало развитию новой отрасли астрономической науки – внегалактической астрономии.

В понимании астрономической картины мира важной целью является изучение мира галактик. С этой же целью написана данная работа, в которой рассмотрены и изложены следующие вопросы и задачи:

1) классификация галактик, их строение и возраст;

2) спиральные рукава;

3) местная группа галактик, в том числе и Млечный Путь;

4) галактики с активными ядрами и квазары;

5) магнитные поля галактик;

6) красное смещение и закон Хаббла;

7) распределение галактик во Вселенной.

Глава I. АКМ. Галактики

После изобретения телескопа внимание наблюдателей привлекли многочисленные светлые пятна туманного вида, видимые в разных созвездиях неизменно в одних и тех же местах. С помощью сильных телескопов В. Гершель и его сын Джон открыли множество таких туманных пятен, а к концу XIX века было обнаружено, что некоторые из них имеют спиральную форму. Но долго оставалось загадкой, что представляют собой эти туманности. Только в 20-е годы ХХ века с помощью крупнейших в то время телескопов удалось разложить туманности на звёзды. Галактики – это гигантские звёздные системы (до 1013 звёзд). 6-ти метровый телескоп позволяет сфотографировать миллиарды галактик. Наблюдаемая нами область Вселенной – это такие галактики, какими они были в далёком прошлом. Например, свет от ближайшей к нам галактики Андромеды, которую в состоянии увидеть человек с хорошим зрением в виде размытого пятна в созвездии, - достигает Земли через 1,5 млн. лет. Расстояние до самых дальних из наблюдаемых в настоящее время галактик – свыше 10 млрд. световых лет (в 2000 г. обнаружен квазар на расстоянии 24 млрд. световых лет от Земли). Большинство галактик входит в группы, в скопления галактик и в сверхскопления. Наблюдаются и одиночные галактики. Есть галактики-карлики в несколько десятков световых лет и галактики-великаны с поперечником до 18 млн. световых лет.

1.1 Классификация галактик

Многообразны формы галактик.

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.

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.

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.

Делятся на подтипы:

а) Эти звёздные системы (Магеллановы Облака) – предельный случай спиральных галактик, чрезвычайно плоски, отсутствует ядро, осевое вращение;

б) По цвету и плавному изменению яркости к краям сходны с эллиптическими, а по спектру – со спиральными системами (М 82). Но нет типичных звёзд-сверхгигантов и ярких газовых туманностей. Облака газа движутся со скоростями более тысячи км/с во все стороны;

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.

Определение звёздной массы.

1. Наблюдение скоростей вращения периферийных, промежуточных и центральных частей спиральных галактик (спиральные галактики вращаются вокруг своей оси не как твёрдый однородный по массе диск, а дифференциально – по закону, который зависит от распределения массы).

2. У эллиптических галактик массу оценивают по расширению линий в их спектрах, которое вызывается движением звёзд: чем больше скорости звёзд, тем больше масса галактик и шире линии в её спектре. По мощности излучения галактики можно подразделить на несколько классов светимости.

Вопрос об образовании и строении галактик изучает не только космология, но и космогония (различают планетную, звёздную, галактическую космогонию).

На ранней стадии развития Вселенная была заполнена разреженным газом, который распался потом на сгущения, а сгущения в последующем – на отдельные облака. Одни из облаков имели вращательный момент и центральное сгущение, из них впоследствии образовались спиральные галактики, а другие практически не вращались, они положили начало эллиптическим галактикам, облака же без значительного центрального сгущения, но всё же обладавшие вращательным моментом, дали начало неправильным галактикам. В массивных галактиках эволюция идёт быстрее. Галактики с большим вращательным моментом развились в тип Sc , со средним – в тип Sb, а с небольшим - в Sa. Чем массивнее спиральная галактика, тем сильнее тяготение сжимает спиральные рукава, поэтому у массивных галактик рукава тонкие, в них больше звёзд и меньше газа. Весь газ в эллиптических системах с самого начала превратился в звёзды сферической подсистемы.

Сравнивая количество звёзд разных поколений у большинства однотипных галактик можно установить возможные пути их эволюции. У более старых галактик наблюдается истощение запасов межзвёздного газа и снижение в связи с этим темпов образования звёзд новых поколений. Зато в них много белых карликов, представляющих собой одну из последних стадий эволюции звёзд. В этом и заключается старение галактик. Следует отметить, что в начале эволюции галактики имели более высокую светимость, так как в них было больше массивных молодых звёзд.

1.2 Спиральные рукава галактик

Спиральные ветви имеют сложный рисунок, динамичную форму и многообразие структур при единстве главных черт. Излучение от спиральных ветвей составляет большую часть излучения всей спиральной галактики и определяет общий вид звёздной системы. Для выяснения сущности явления спиральных ветвей необходимо определить механизм их образования. Крупномасштабная спиральная структура Нашей Галактики чётко выявляется по далёким пульсарам, спиральные ветви, определяемые по пространственному положению пульсаров, хорошо соответствуют ветвям, найденным по положению зон Н 11. По-видимому, в ветвях находятся в основном наиболее яркие и потому наиболее молодые (в среднем) пульсары. В то же время близкие к Солнцу пульсары, среди которых большинство имеет низкую радиосветимость, не обнаруживают связи со спиральными рукавами.

Ветви содержат малую часть всех звёзд галактики, но в них сосредоточены почти все горячие звёзды высокой светимости. Звёзды этого типа относятся к молодым, поэтому спиральные ветви можно считать местом образования звёзд. Кроме молодых звёзд в рукавах сосредоточена большая часть межзвездного газа галактики, из которого и образуются звёзды. По характеру спиральных ветвей спиральные галактики делятся на классы. У одних ветви тонки и туго навиты, а других – они более размыты и круто удаляются от центральной области. Одна из распространённых классификаций спиральных галактик принадлежит французскому астроному Ж. Вокулёру.

Газ в спиральных ветвях состоит в основном из водорода и часто образует плотные диффузные туманности, служащие ориентиром при определении вида спиральных ветвей. Ещё одним признаком ветвей является рассеянная в газе межзвёздная пыль, обнаруживаемая по производимому ею поглощению. Она видна как тонкая тёмная полоса по внутреннему (ближе к центру галактики) краю спиральной ветви. Кроме того, в рукавах наблюдаются тонкие полоски, пересекающие рукава и отдельные тёмные массы. Концентрация звёзд, образующих галактический диск, тоже увеличивается в ветвях. Звёзды, газ и др. объекты галактического диска движутся по орбитам, близким к круговым.

Спиральные ветви могут быть волнами плотности. Волны распространяются по звёздному населению. А газ реагирует на возмущение гравитационного потенциала, связанного с волнами, бегущими по системе звёзд, т. е. его движение в гравитационном поле рукавов является несамосогласованным. При протекании межзвёздного газа через спиральные рукава в нём могут происходить своего рода фазовые переходы с образованием облачной структуры.

Возможно, Солнце в Галактике находится в исключительном положении. Поскольку галактический диск вращается дифференциально, а спиральные рукава – твёрдотельно , в Нашей Галактике должна существовать окружность, на которой угловые скорости диска и волны плотности равны.

Глава II. Квазары. Местная группа 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.

Несколько десятков таких групп галактик найдено в пределах 10-20 Мпк около нашей Галактики. Ближайшее скопление галактик находится в созвездии Девы на расстоянии около 20 Мпк (в его составе 7 эллиптических галактик, в т.ч. радиогалактика, 10 спиральных галактик. Всего в скопление входит около 200 галактик высокой и средней светимости (1/3 – эллиптические и линзообразные, остальные – спиральные галактики). Размеры скопления составляют ≈ 5 Мпк, центральная плотность – около 500 галактик на 1 Мпк3.

Ярчайшими галактиками в скоплениях являются обычно линзообразные сверхгиганты системы (сD-галактики). Скопления в Деве - центральное сгущение Сверхскопления галактик. Яркие галактики расположены по небу не беспорядочно, а поясом, который называют Млечным Путём (1/3 – эллиптические и линзообразные). В других галактиках преобладают эллиптические галактики.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Происхождение и развитие галактик и звезд

1. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ЗВЕЗД И ГАЛАКТИК

1.1 Происхождение и эволюция галактик. 4

1.2. Рождение и эволюция звезд. 7

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ. 12

В своем реферате, я опишу происхождение и развитие галактик и звезд. И прежде чем перейти к данной теме, для начала раскрою некоторые понятия.

Вообще вопросами происхождения и развитием галактики и звёзд занимаются не только астрономы и физики, но также и философы. Существует множество версии и гипотез — религиозные, материалистические и эзотерические. В настоящее время большей популярностью пользуются гипотезы, которые основываются на астрономических наблюдениях и на математическо-физических обобщениях.

Область науки, в которой Вселенная изучается, как единое целое называется космология. А раздел, который изучает происхождение и развитие космических объектов и систем называется космогонией.

Возникновение галактик — появление крупных гравитационно-связанных скоплений материи, имевшее место в далёком прошлом Вселенной.

Количественные и качественные изменения, которые претерпевают галактики за очень длительные промежутки времени называется эволюция галактик.

Происхождение галактик и звезд привлекает очень много внимания и плодотворно изучается, но не стоит забывать, что единой концепции не существует. Дело состоит в том, что собрано очень много информации, но она вся разрозненная.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ЗВЕЗД И ГАЛАКТИК

1.1 Происхождение и эволюция галактик

Все объекты берут свое начало от Большого Взрыва, разрастаясь и меняясь со временем. Этот процесс все еще окутан легкой дымкой таинственности, поэтому манит ученых.

Чем больше Вселенная расширялась, тем сильнее остывала. Поэтому у материи появилась возможность распределиться практически равномерно. Дальше гравитация стала притягивать плотные области, накапливая газовые облака и большие скопления, которые и стали древними галактиками (родились первые звезды). Некоторые из них были маленькими и трансформировались в карликовые галактики, другие (покрупнее) – спиральные.

Полноценные галактики объединялись в группы, скопления и сверхскопления . В масштабах своей группы они могли подойти на достаточно близкое расстояние, чтобы запустить процесс слияния. Результат всегда зависит от массы.

В момент столкновения их спиральная структура рушится, поэтому позволяет перейти на новый уровень. Эллиптические считаются крупнейшими в своем виде. Кроме того, при слиянии увеличиваются и центральные сверхмассивные черные дыры.

Правда, здесь стоит отметить, что не во всех случаях все заканчивается появлением эллиптической галактики. Полагают, что некий контакт уже сейчас происходит между нашей галактикой и Магеллановыми Облаками . Даже больше, оказывается, что Карликовая галактика в Большом Псе уже стала частью Млечного Пути.

Хотя сам процесс слияния воспринимается как нечто серьезное, звезды расположены на больших дистанциях, поэтому катастрофические взрывы и столкновения бывают редко. Но в этом процессе формируются волны ударной гравитации, которые приводят к появлению новых звезд. Это то, чего стоит ожидать через 4 миллиарда лет, когда Млечный Путь и Андромеда столкнутся.

У всего есть начало и конец. Приходит время, когда в галактике заканчивается пыль и газ. А ведь это главный материал для появления новых звезд. Миллиарды лет активность замедляется, пока все не остановится полностью. Но это еще не смерть, так как галактика может найти соседа и слиться с ним, чтобы запустить новый процесс.

По прогнозам, однажды все галактики в этом участке объединятся в одного эллиптического гиганта. Ученые уже могут наблюдать подобный результат уже сейчас. Эти галактики уже исчерпали газовые запасы. В итоге, звезды постепенно будут отдаляться, пока все пространство не достигнет фоновой температуры.

Когда у нашей галактики закончатся соседи, то она присоединится к той же участи. Сама же галактическая эволюция длится больше миллиарда лет и пока до конца еще очень далеко.

1.2. Рождение и эволюция звезд

Наиболее изученный газово-пылевой комплекс нашей Галактики находится в созвездии Ориона, он включает в себя туманность в Орионе, более плотные газово-пылевые облака и другие объекты. Представим себе холодное газово-пылевое облако. Силы тяготения сжимают его, оно принимает шарообразную форму. При сжатии будут возрастать плотность и температура облака. Возникнет будущая, рождающаяся звезда (протозвезда). Температура ее поверхности пока еще мала, но протозвезда уже излучает в инфракрасном диапазоне, а поэтому рождающиеся звезды можно попытаться обнаружить среди довольно многочисленных источников инфракрасного излучения. Поиски протозвезд (и протогалактик) сейчас ведутся на многих обсерваториях.

А поскольку светимость звезды пропорциональна примерно четвертой степени ее массы, то массивные звезды, массы которых в несколько раз больше массы Солнца, эволюционируют быстрее. Они находятся в стационарной стадии только несколько миллионов лет, а звезды, подобные Солнцу – миллиарды лет.

Когда весь водород в центральной области звезды превратится в гелий, внутри звезды образуется гелиевое ядро. Теперь уже водород будет превращаться в гелий не в центре звезды, а в слое, прилегающем к очень горячему гелиевому ядру. Пока внутри гелиевого ядра нет источников энергии, оно будет постепенно сжиматься и при этом еще более разогреваться. Когда температура внутри звезды превысит 1,5 * 107 К, гелий начнет превращаться в углерод (с последующим образованием все более тяжелых химических элементов). Светимость и размеры звезд будут возрастать. В результате обычная звезда постепенно превратится в красного гиганта или сверхгиганта. Многие звезды не сразу становятся стационарными гигантами, а некоторое время пульсируют, как бы проходя в своем развитии стадию цефеид.

Иная судьба у более массивных звезд. Если масса звезды примерно вдвое превышает массу Солнца, то такие звезды на последних этапах своей эволюции теряют устойчивость. В частности, они могут взорваться как сверхновые, обогащая межзвездную среду тяжелыми химическими элементами (которые образовались внутри звезды и во время ее взрыва), а затем катастрофически сжаться до размеров шаров радиусом в несколько километров, то есть превратиться в нейтронные звезды.

Внутри звезд в ходе термоядерных реакций может образоваться до 30 химических элементов, а во время взрыва сверхновых – остальные элементы периодической системы. Из обогащенной тяжелыми элементами межзвездной среды образуются звезды следующих поколений. Если масса звезды вдвое превышает массу Солнца, то такая звезда, потеряв равновесие и начав сжиматься, либо превратится в нейтронную звезду, либо вообще не сможет достигнуть устойчивого состояния. В процессе неограниченного сжатия (коллапса) она, вероятно, способна превратиться в черную дыру. Такое название связано с тем, что могучее поле тяготения сжавшейся звезды не выпускает за ее пределы никакое излучение (свет, рентгеновские лучи и т.д.). Поэтому черную дыру нельзя увидеть ни в каком диапазоне электромагнитных волн.

Дальнейшее развитие науки покажет, какие из сегодняшних представлений о происхождении галактик и звезд окажутся правильными. Но нет сомнения в том, что звезды рождаются, живут, умирают, а не есть однажды созданные и вечно неизменные объекты Вселенной; звезды рождаются группами, причем процесс звездообразования продолжается в настоящее время.

Галактикой называется большая система из звезд, межзвездного газа, пыли, темной материи и темной энергии, связанная силами гравитационного взаимодействия. Количество звезд и размеры галактик могут быть различными. Как правило, галактики содержат от нескольких миллионов до нескольких триллионов (1 000 000 000 000) звезд. Кроме обычных звезд и межзвездной среды галактики также содержат различные туманности. Размеры галактик от нескольких тысяч до нескольких сотен тысяч световых лет. А расстояние между галактиками достигает миллионов световых лет.

Около 90 % массы галактик приходится на долю темной материи и энергии. Природа этих невидимых компонентов пока не изучена. Существуют свидетельства того, что в центре многих галактик находятся сверхмассивные чёрные дыры. Пространство между галактиками практически не содержит вещества и имеет среднюю плотностью меньше одного атома на кубический метр. Предположительно, в видимой части вселенной находится около 100 млрд. галактик.

По классификации, предложенной астрономом Эдвином Хабблом, в 1925 году существуют несколько видов галактик:

эллиптические(E),
линзообразные(S0),
обычные спиральные(S),
пересеченные спиральные(SB),
неправильные (Ir).

Эллиптические галактики — класс галактик с четко выраженной сферической структурой и уменьшающейся к краям яркостью. Они сравнительно медленно вращаются, заметное вращение наблюдается только у галактик со значительным сжатием. В таких галактиках нет пылевой материи, которая в тех галактиках, в которых она имеется, видна как тёмные полосы на непрерывном фоне звёзд галактики. Поэтому внешне эллиптические галактики отличаются друг от друга в основном одной чертой — большим или меньшим сжатием.

Доля эллиптических галактик в общем числе галактик в наблюдаемой части вселенной — около 25 %.

Спиральные галактики названы так, потому что имеют внутри диска яркие рукава звёздного происхождения, которые почти логарифмически простираются из балджа (почти сферического утолщения в центре галактики). Спиральные галактики имеют центральное сгущение и несколько спиральных ветвей, или рукавов, которые имеют голубоватый цвет, так как в них присутствует много молодых гигантских звезд. Эти звезды возбуждают свечение диффузных газовых туманностей, разбросанных вместе с пылевыми облаками вдоль спиральных ветвей. Диск спиральной галактики обычно окружён большим сфероидальным гало (светящееся кольцо вокруг объекта; оптический феномен), состоящим из старых звёзд второго поколения. Все спиральные галактики вращаются со значительными скоростями, поэтому звезды, пыль и газы сосредоточены у них в узком диске. Обилие газовых и пылевых облаков и присутствие ярких голубых гигантов говорит об активных процессах звездообразования, происходящих в спиральных рукавах этих галактик.

Многие спиральные галактики имеют в центре перемычку (бар), от концов которой отходят спиральные рукава. Наша Галактика также относится к спиральным галактикам с перемычкой.

Линзообразные галактики — это промежуточный тип между спиральными и эллиптическими. У них есть балдж, гало и диск, но нет спиральных рукавов. Их примерно 20% среди всех звездных систем. В этих галактиках яркое основное тело – линза, окружено слабым ореолом. Иногда линза имеет вокруг себя кольцо.

Неправильные галактики — это галактики, которые не обнаруживают ни спиральной, ни эллиптической структуры. Чаще всего такие галактики имеют хаотичную форму без ярко выраженного ядра и спиральных ветвей. В процентном отношении составляют одну четверть от всех галактик. Большинство неправильных галактик в прошлом являлись спиральными или эллиптическими, но были деформированы гравитационными силами.

Эволюция галактик

Образование галактик рассматривают как естественный этап эволюции Вселенной, происходящий под действием гравитационных сил. Как предполагают ученые, около 14 млрд. лет назад произошел большой взрыв, после которого Вселенная везде была одинаковой. Затем частицы пыли и газа начали группироваться, объединяться, сталкиваться и таким образом появлялись сгустки, которые позднее превращались в галактики. Многообразие форм галактик связано с разнообразием начальных условий образования галактик. Скопление газообразного водорода в пределах таких сгустков стало первыми звездами.

С момента зарождении галактика начинает сжиматься. Сжатие галактики длится около 3 млрд лет. За это время происходит превращение газового облака в звездную систему. Звезды образуются путем гравитационного сжатия облаков газа. Когда в центре сжатого облака достигаются плотности и температуры, достаточные для эффективного протекания термоядерных реакций, рождается звезда. В недрах массивных звезд происходит термоядерный синтез химических элементов тяжелее гелия. Эти элементы попадают в первичную водородно-гелиевую среду при взрывах звезд или при спокойном истечении вещества со звездами. Элементы тяжелее железа образуются при грандиозных взрывах сверхновых звезд. Таким образом, звезды первого поколения обогащают первичный газ химическими элементами, тяжелее гелия. Эти звезды наиболее старые и состоят из водорода, гелия и очень малой примеси тяжелых элементов. В звездах второго поколения примесь тяжелых элементов более заметная, так как они образуются из уже обогащенного тяжелыми элементами первичного газа.

Процесс рождения звезд идет при продолжающемся сжатии галактики, поэтому формирование звезд происходит все ближе к центру системы, и чем ближе к центру, тем больше должно быть в звездах тяжелых элементов. Этот вывод хорошо согласуется с данными о содержании химических элементов в звездах гало нашей Галактики и эллиптических галактик. Во вращающейся галактике звезды будущего гало образуются на более ранней стадии сжатия, когда вращение еще не повлияло на общую форму галактики. Свидетельствами этой эпохи в нашей Галактике являются шаровые звездные скопления.

Когда прекращается сжатие протогалактики, кинетическая энергия образовавшихся звезд диска равна энергии коллективного гравитационного взаимодействия. В это время, создаются условия для образования спиральной структуры, а рождение звезд происходит уже в спиральных ветвях, в которых газ достаточно плотный. Это звезды третьего поколения. К ним относится наше Солнце.

Запасы межзвездного газа постепенно истощаются, рождение звезд становится менее интенсивным. Через несколько миллиардов лет, когда будут исчерпаны все запасы газа, спиральная галактика превратится в линзообразную, состоящую из слабых красных звезд. Эллиптические галактики уже находятся на этой стадии: весь газ в них израсходован 10-15 млрд. лет назад.

В 1963 году были обнаружены объекты нового типа, находящиеся за приделами нашей галактики. Эти объекты имеют звездообразный вид. Со временем выяснили, что их светимость во много десятков раз превосходит светимость галактик! Самое удивительное то, что их яркость меняется. Мощность их излучения в тысячи раз превосходит мощность излучения активных ядер. Эти объекты назвали квазарами. Сейчас считается, что ядра некоторых галактик представляют собой квазары.

Автор статьи: Михаил Карневский, 15.01.2013
Обновлено: Татьяна Сидорова, 14.02.2018
Перепечатка без активной ссылки запрещена!

Читайте также: