Как возникли галактики и скопления галактик кратко
Обновлено: 04.07.2024
Образование скопления галактик согласно первому сценарию выглядит так. Огромное разреженное газовое облако массой порядка 10 13 ¸ 10 14 М* сжимается под действием гравитационных сил. По мере сжатия оно разбивается на фрагменты, из которых впоследствии формируются галактики. С этой точки зрения скопления галактик должны быть гравитационно устойчивыми системами, в которых кинетическая энергия галактик меньше, чем их гравитационная энергия связи между собой. Согласно теореме вириала (параграф 1.3) кинетическая энергия гравитационно связанной системы в два раза меньше её потенциальной энергии. Во второй четверти двадцатого века астрономы применили теорему вириала к скоплениям галактик и получили интересный результат. Значительная часть скоплений оказалась гравитационно неустойчивыми системами. Скорости галактик, входящих в скопления, столь велики, что скопления должны в будущем распасться на отдельные галактики. Исходя из этого можно было сделать только два диаметрально противоположных вывода.
Вывод 1. Скопления галактик являются гравитационно неустойчивыми системами и, следовательно, первый сценарий образования галактик неверен. Именно такой вывод сделал В. Амбарцумян [12].
Вывод 2. Первый сценарий образования галактик верен и, следовательно, скопления галактик содержат скрытую массу, которая обеспечивает их устойчивость. Такой вывод является общепринятым в настоящее время.
Здесь необходимо сделать пояснение. Существование гравитационно связанных скоплений и групп галактик не противоречит второму сценарию образования галактик, согласно которому скопления галактик образовались в результате взрывов сверхплотных массивных объектов. С этой точки зрения скопления могут быть как гравитационно устойчивыми системами, так и гравитационно неустойчивыми. Но существование хотя бы одного неустойчивого скопления галактик явно противоречит общепринятому сценарию. И именно поэтому современные астрономы-теоретики твёрдо стоят на том, что скопления галактик содержат скрытую массу. Они просто постулируют, что все скопления являются гравитационно устойчивыми системами и уже исходя из этого рассчитывают величину скрытой массы в них.
Нет никакого сомнения в том, что скопления галактик содержат скрытую массу. Это могут быть, например, потухшие звёзды, межгалактический газ, шаровые скопления, состоящие из очень слабых звёзд. Наконец, это могут быть карликовые галактики очень низкой светимости. Однако навряд ли скрытая масса способна обеспечить гравитационную устойчивость всех скоплений.
С. Миттон – это астроном-наблюдатель. Он не выражает симпатий какой-либо из существующих теорий образования галактик и поэтому не делает никаких выводов из астрономических наблюдений. Но вывод сделать необходимо. Существование гравитационно неустойчивых, распадающихся скоплений галактик явно противоречит первому (общепринятому) сценарию образования галактик. И это противоречие становится ещё более сильным, если мы от скоплений перейдём к сверхскоплениям.
Рассмотрим в качестве примера Местное сверхскопление галактик. Это гигантская система, состоящая из множества скоплений и групп галактик. Её диаметр около 100 млн. св. лет и толщина около 60 млн. св. лет [146]. В её центре находится гигантское скопление галактик, расположенное в созвездии Девы и удалённое от нас на 50 млн. св. лет. То есть наша Местная группа галактик находится на самой окраине сверхскопления.
Как образовалось это сверхскопление галактик?
Расширение Местного сверхскопления явилось настолько ошеломляющим фактом для астрономов, что было окончательно осознано ими только к концу двадцатого века! Учитывая огромную важность этого явления для понимания эволюции Вселенной, мы рассмотрим его в главе 7, в одной связке с другими, не менее интересными астрономическими открытиями.
Результаты космологических исследований туманностей в 20 годах прошлого века перевернули представление астрономов о Вселенной и объектах ее населяющих.
Главным открытием стало подтверждение гипотезы о том, что казавшиеся тогда туманности не простое скопление газов или космической пыли, а представляет собой огромные скопления звезд – галактики.
Теория происхождения галактик
Теория происхождения галактик основывается на принципе гравитационной неустойчивости. Принцип гласит: частицы вещества не могут постоянно находиться в равномерно распределенном состоянии в пространстве. Элементы вещества будут стремиться друг к другу, создавая конгломераты.
Столкновение и слияние галактик
В юной Вселенной вследствие гравитационной неустойчивости образовались дискообразные скопления вещества. На границах этих дисков образовывались завихрения и отслаивание вещества. Формировались протогалактические структуры, внутри которых в свою очередь начинался процесс фрагментации – рождались первые звезды. С появлением звезд протогалактическое облако становилось звездной системой — галактикой. Галактики различны по объему и форме. Те, что на момент появления имели большую скорость вращения, приобрели форму шара или диска с отходящими от него рукавами-спиралями. Медленно вращавшиеся или неподвижные протогалактические облака превратились в галактики элипсоидной или неправильной формы.
Материалы по теме
Галактики могут быть единичными, располагаться попарно или множественными галактическими скоплениями. Галактические группы объединяют звездные системы различных форм и размеров. Самыми близкими нашими соседями являются галактическое скопление Большой Медведицы и небольшое плотное скопление галактик созвездия Волосы Вероники. Наша галактика Млечный Путь совместно со звездными системами Магеллановых облаков, галактикой Андромеда и множеством других, образуют Местную группу галактик, объединенную общим водородным облаком.
Состав галактики очень неоднороден. Достоверно известно, что элементами галактик являются: звезды, звездные скопления, пылевые облака, газовые туманности, частицы вещества рассеянные в пространстве, а также всякие экзотические объекты вроде черных дыр и нейтронных звезд. Все галактические элементы взаимосвязаны и подчинены вращению вокруг центра галактики содержащего сверхмассивную черную дыру. Распределение элементов галактики неравномерно. Наибольшая плотность галактических компонентов приходится на плоскость, являющуюся перпендикуляром оси вращения. Также стоит упомянуть наличие вокруг галактики протяженного гало из темной материи.
На протяжении тысячелетий астрономы смотрели на небо с трепетом, медленно приближаясь к осознанию того, что наше Солнце – всего лишь одна из миллиардов звезд в Млечном пути.
В ясную ночь вы можете наблюдать за полосой Млечного Пути в небе. На протяжении тысячелетий астрономы смотрели на него с трепетом, медленно приближаясь к осознанию того, что наше Солнце – всего лишь одна из миллиардов звезд в Галактике. С течением времени улучшались наши инструменты и методы, и мы пришли к пониманию, что сам Млечный Путь всего лишь одна из миллиардов галактик, составляющих Вселенную.
Благодаря теории относительности и открытию скорости света мы также поняли, что, когда мы смотрим сквозь пространство, мы смотрим назад во времени. Увидев объект в одном миллиарде световых лет от нас, мы знаем, что так он выглядел миллиард лет назад. Эффект машины времени позволил астрономам изучить эволюцию галактик.
Процесс формирования и развития галактик остается предметом интенсивного внимания и по-прежнему скрывает долю тайн.
Формирование галактик
Текущий научный консенсус заключается в том, что вся материя во Вселенной была создана примерно 13,8 миллиарда лет назад во время события, известного как Большой Взрыв. Изначально вся материя была сжата в очень маленький шарик с бесконечной плотностью и огромной температурой, называемый сингулярностью. Вдруг сингулярность начала расширяться. Так началась Вселенная.
После быстрого расширения и охлаждения все вещество было почти однородно распределено. В течение нескольких миллиардов лет более плотные участки Вселенной стали гравитационно притягиваться друг к другу. Поэтому они стали плотнее, образовав газовые облака и большие сгустки материи.
Спиральная галактика Messier 74, расположенная в 32 миллионах световых лет от нас, содержит около 100 миллиардов звезд. Credit: NASA, ESA, and the Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration
Облака газообразного водорода внутри протогалактик претерпели гравитационный коллапс, чтобы стать первыми звездами. Некоторые из этих ранних объектов были крошечными карликовыми галактиками, в то время как другие приняли привычную спиральную форму, как и наш Млечный Путь.
Галактические слияния
Однажды сформировавшись, эти галактики развивались в более крупные галактические структуры, называемые группами, скоплениями и сверхскоплениями. С течением времени, галактики притягивались друг к другу силой тяжести и объединялись. Результат этих слияний зависел от массы столкнувшихся галактик.
Малые галактики поглощаются крупными соседями, увеличивая их массу. Так Млечный Путь недавно слопал несколько карликовых галактик, превратив их в потоки звезд, которые вращаются вокруг галактического ядра. Но галактики сходного размера объединяются и становятся гигантскими эллиптическими галактиками.
Когда это происходит, тонкие спиральные структуры исчезают. Эллиптические галактики являются одними из крупнейших звездных объединений. Еще одним последствием этих слияний является то, что сверхмассивные черные дыры в их центрах становятся еще больше.
Столкновение двух спиральных галактик, которое если и не создаст одну огромную эллиптическую галактику, так уж точно изменит их стройные структуры. Credit: ESA/Hubble & NASA, Acknowledgement: Luca Limatola
Хотя не все слияния приводят к эллиптическим структурам, все они значительно изменяют строение объединенной галактики.
Во время слияний реальные столкновения звездных систем маловероятны, учитывая огромные расстояния между светилами. Однако, слияние может привести к гравитационным ударным волнам, которые способны спровоцировать образование новых звезд. Это то, что по прогнозам произойдет, когда Млечный Путь сольется с галактикой Андромеды через 4 миллиарда лет.
Смерть галактик
В конечном счете в галактиках перестают формироваться звезды, когда истощается запас холодного газа и пыли. Звездообразование замедляется в течение миллиардов лет, пока полностью не прекратится. Однако, продолжающиеся слияния гарантируют, что все новые и новые звезды, газ и пыль оседают в старых галактиках, тем самым продлевая их жизнь.
В настоящее время считается, что наша Галактика имеет почти полный запас водорода, и формирование звезд продолжится, пока он истощается. Звезды, подобные Солнцу, могут просуществовать около 10 миллиардов лет, но самые маленькие красные карлики смогут жить несколько триллионов лет. Благодаря наличию карликовых галактик и предстоящему слиянию с Андромедой Млечный Путь сможет существовать еще дольше.
Эллиптическая галактика Messier 49. Credit: Siggi Kohlert
Эти галактики уже использовали все свои запасы газа для звездообразования, и все, что у них осталось, это небольшие долгоживущие звезды. В конце концов, звезды потухнут одна за другой.
После того, как наша Галактика сольется с Андромедой, она продолжит свой путь, чтобы слиться со всеми другими близлежащими галактиками в Местной группе. Мы можем ожидать, что эту сверхгалактику постигнет та же участь. Так, эволюция галактик происходит на протяжении миллиардов лет и продолжится в обозримом будущем.
Собственно говоря, эволюция галактик-это процесс их развития. Он сопровождается изменением структуры и состава.
Давайте рассмотрим, как происходили галактические изменения.
Можно выделить три основные стадии в истории галактики:
- образование;
- развитие и рост;
- конец или гибель.
Эволюция — это факт, а не теория
Карл Саган
Как появились галактики
Для начала обратимся к теории Большого взрыва. Как известно, происхождение галактик, как и других объектов глубокого космоса, стало возможным именно после него.
Галактики
К тому же, сразу после взрыва появилась сингулярность. То есть в первые секунды состояние Вселенной было бесконечно плотным и с одной огромной температурой. В дальнейшем однородная среда при остывании начала расширяться. С течением времени более плотные участки притягивались друг к другу силой гравитации.
Существует принцип гравитационной неустойчивости. Его смысл заключается в том, что частицы вещества не могут постоянно быть равномерно распределены в пространстве. Потому как элементы стремятся и притягиваются друг к другу, создавая уплотнённые соединения.
Таким образом, образовались газовые облака и сгустки материи. Затем сформировались звёзды, а из них появились целые галактики.
Газовые облака
Развитие и эволюция галактик
Проще говоря, рост и слияние галактик это и есть эволюция.
Как известно, под силой тяжести галактики притягиваются друг к другу. Так происходит процесс их объединения. Сейчас нам известны галактические группы, скопления и сверхскопления галактик.
Скопление галактик
Вдобавок ко всему, большие галактики поглощают малые. Из этого следует увеличение их массы. Причём галактики приблизительно равного размера сливаются в единое объединение. Из них образуются гигантские эллиптические галактики.
Конечная стадия развития галактик
Когда в межзвёздном пространстве иссякает запас газа и пыли, прекращается формирование звёзд. Этот процесс замедляется в течении миллиардов лет. Однако при этом все же происходит слияние объектов глубокого космоса. Что ведёт к росту количества звёзд, газа и пыли. В результате система галактики поддерживается и растёт.
Иногда такие галактики поглощаются другими. В таком случае, им как-бы даётся вторая жизнь, но только в новом составе.
Существует интересная теория о том, что когда-нибудь все галактики сольются в одного огромного эллиптического гиганта.
Эллиптическая галактика
Бесспорно, эволюция галактик является очень долгим и сложным процессом. Только представьте, что было вначале и что есть сейчас. Это целая история, которой нет конца. По крайней мере, пока. Мы можем только предполагать, что в будущем ждёт галактики и Вселенную в целом.
Читайте также: