В каких видах материя встречается в галактике кратко
Обновлено: 08.07.2024
От субатомных частиц в триллионы раз меньше протона до звезд с объемом в 5 миллиардов раз больше, чем у Солнца, все, что занимает пространство во Вселенной, состоит из материи.
Все, что мы видим, и даже то, что мы не можем воспринять, потому что наши чувства не могут это уловить (например, частицы газа в нашей атмосфере), состоит из материи. Таким образом, Вселенная представляет собой смесь вещества и энергии, которые тесно связаны между собой.
Но все ли одинаково? Очевидно нет. В зависимости от характеристик и свойств его можно классифицировать по-разному.. Ясно то, что любой вообразимый объект Космоса войдет в один из типов материи, которые мы увидим в сегодняшней статье.
Сегодня мы отправимся в путешествие по Вселенной, чтобы обнаружить и проанализировать все существующие типы материи, от материи, из которой состоят живые существа, до загадочной и удивительной темной материи.
Что такое материя?
Материя - это все, что занимает место в космосе, имеет связанные с ним массу, вес, объем, плотность и температуру и взаимодействует гравитационно. (хотя мы увидим странные случаи) с другими материальными телами. Вся Вселенная состоит из материи.
Даже в космических пустотах между галактиками есть частицы материи. Но из чего состоит материя? Что ж, ответить на этот вопрос не так-то просто. Фактически, это означало бы полностью погрузиться в мир квантовой механики, отрасли физики, которую можно резюмировать в следующем предложении, произнесенном одним из ее основателей: «Если вы думаете, что понимаете квантовую механику, вы не понимаете ее. понять квантовую механику. квантовая механика ".
Но давайте попробуем подвести итог. Чтобы понять, что такое материя, мы должны перейти к ее самому низкому уровню организации (ну, технически, ко второму низшему, чтобы не войти в квантовую физику и не заблудиться). Там мы находим атомы.
Атомы - это строительные блоки материи. Без атомов нет материи. И дело в том, что абсолютно все объекты Вселенной, если бы мы могли опуститься до мельчайших, мы бы увидели, что они состоят из атомов.
А атом в основном состоит из ядра протонов (положительно заряженных субатомных частиц) и нейтронов (без электрического заряда), вокруг которых вращаются электроны (отрицательно заряженные). Мы не будем комментировать, что протоны и нейтроны, в свою очередь, образуются другими субатомными частицами или что один и тот же электрон может находиться в нескольких местах одновременно. Достаточно остаться с этой идеей.
Важно иметь в виду, что, несмотря на то, что они представляют собой лишь одну тысячную размера атома (несмотря на модель, которую мы обычно держим в голове, если бы мы увеличили атом до размера футбольного поля, электроны были бы чем-то размером с булавочную головку по углам и сердцевине, теннисный мяч в центре), в ядре находится, благодаря протонам и нейтронам, 99,99% массы атома.
Следовательно, истинная материя объекта находится в ядрах атомов, из которых он состоит. Да, именно в этих небольших структурах от 62 (в атоме водорода, самый маленький) до 596 пикометров (в атоме цезия) и заключается суть всего, что мы видим. Примечание: пикометр составляет одну миллиардную метра. Представьте, что метр делится на миллион миллионов частей. Вот вам размер атома.
Итак, мы уже знаем, откуда берется материя. Но что заставляет его принимать такие разные формы и свойства? Очень просто. Объекты отличаются друг от друга, потому что они также имеют разные атомы.
В зависимости от количества протонов в ядре атома (количество электронов может совершенно различаться) мы будем иметь дело с тем или иным химическим элементом. Таблица Менделеева в настоящее время состоит из 118 элементов.. Все во Вселенной - их комбинация. То есть, что отличает атом углерода от атома железа, так это количество протонов в его ядре. Углерод имеет 6 протонов, а железо - 26.
Это общепринятая в настоящее время атомная модель.
И в зависимости от того, сколько у него протонов (при нормальных условиях количество электронов и нейтронов равно количеству протонов), атом будет взаимодействовать с другими определенным образом. Следовательно, именно элемент (а значит, и количество протонов) определяет свойства материи.
В итоге, материя - это все, что имеет массу и объем, что занимает пространство во Вселенной и состоит из атомов, который, в зависимости от рассматриваемого химического элемента, придаст этому объекту характеристики и свойства, которые будут определять его макроскопические проявления и, следовательно, позволят нам определить, с каким типом материи мы сталкиваемся.
Как классифицируется материя?
Давайте помнить, что тело состоит из многих, многих, многих, многих атомов. Многие? Что ж, допустим, что объем песчинки может вместить более 2 миллионов миллионов атомов. Это такое же оценочное количество галактик во всей Вселенной.. Просто невероятно. Но без лишних слов, давайте посмотрим, как классифицируется материя.
1. Твердое вещество
Твердая материя состоит из атомов, которые переплетаются друг с другом, образуя плотные сети. Следовательно, твердое вещество представлен в пространстве определенной формы независимо от объема среды, в которой они находятся. Это состояние вещества происходит при низких температурах (точка затвердевания будет зависеть от элемента), потому что чем ниже температура, тем меньше движение атомов.
2. Жидкое вещество
Жидкая материя - это вещество, в котором, хотя связь между атомами все еще существует, она намного меньше. Это состояние возникает при более высоких температурах (но это зависит от элемента, поскольку при одной и той же температуре некоторые из них будут жидкими, а другие - твердыми) и течет материя, поэтому они не имеют определенной формы и адаптироваться к контейнеру, в котором они находятся, который включает в себя все, от стакана воды до океанов Земли.
3. Газообразное вещество
Газообразное вещество - это вещество, в котором по мере увеличения температуры и внутренней энергии атомов они полностью теряют связь между собой. Каждая частица движется свободно и взаимодействий мало. Поскольку нет сцепления, газы не имеют объема, а тем более определенной формы, поэтому они больше не адаптируются к контейнеру, а скорее расширяться, чтобы занять все. То же самое происходит с газами атмосферы Земли.
4. Плазменное вещество
Плазменное вещество менее известно, чем предыдущие три состояния, но все же важно. Плазма - это четвертое состояние материи, и о нем мало что известно, потому что, хотя оно может быть получено искусственно (даже дома, но мы не будем выдвигать плохих идей), в естественных условиях оно встречается только в звездах.
Плазменное вещество представляет собой жидкость, похожую на газ, хотя из-за высоких температур звезд (на их поверхности они достигают от 5000 до 50000 ° C, но в их ядре они достигают более 13000000 ° C), молекулы становятся электрически заряженными. Это придает ему внешний вид и химические свойства на полпути между газом и жидкостью.
5. Неорганические вещества
Неорганическое вещество - это любое тело, в атомном составе которого нет атомов углерода, но есть атомы любого другого типа. Вода, горные породы, соли, кислород, металлы, углекислый газ . Это не означает, что они не связаны с жизнью (вода - неорганическое вещество, но это ключевой элемент), но что это просто не продукт биохимических реакций. , то есть образуется без вмешательства живых существ. Достаточно остаться с мыслью, что это именно тот предмет, в котором углерод не центральный атом.
6. Органические вещества
Органическое вещество, по логике, - это вещество, в котором углерод является центральным атомом. Присутствие углерода в качестве основы молекул означает, что могут образовываться длинные молекулярные цепи, которые позволяют развивать биохимические реакции для выработки белков, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот и, следовательно, все, что связано с жизнью.
7. Простое дело
Простое дело очень просто понять, простите за избыточность. Это просто относится к тому, что состоит из одного или очень нескольких типов атомов. Яркий пример - алмаз, что в его атомной структуре есть только углерод.
8. Композитный материал
Составное вещество, несомненно, является самым распространенным во Вселенной. И в том, что большинство объектов (и мы) результат объединения атомов разных элементов. От звезд до самих себя мы имеем дело с материей, состоящей из разных атомов.
9. Неодушевленные предметы
Неодушевленная материя - это то, что составляет все безжизненные объекты. Он, очевидно, самый распространенный во Вселенной. Фактически, за исключением живых существ на Земле, пока не будет доказано обратное, более чем 10 000 000 000 000 километров в диаметре Вселенная состоит исключительно из безжизненной материи, которая почти всегда является неорганической, но также может иметь органическое происхождение. Фактически, вещество в почве (и даже в некоторых метеоритах) является органическим по природе, но не живым, поэтому оно неживое.
10. Живая материя
11. Барионная материя
В этом смысле барионная материя представляет собой все во Вселенной, что мы можем воспринимать нашими человеческими чувствами. Проблема в том, что теперь, когда это казалось менее сложным, мы должны упомянуть, что барионная материя составляет только 4% материи во Вселенной. И остальное? Что ж, теперь перейдем к делу.
12. Темная материя
Эта статья вроде бы превратилась в фантастический роман, но нет. Темная материя, несмотря на свое явно торговое название, действительно существует. И это доказано. Но что это такое? Что ж, очень хороший вопрос, потому что мы не знаем.
Мы знаем, что он должен быть там, потому что, если мы проанализируем гравитационное взаимодействие между звездами или температуру внутри галактик, мы увидим, что: просто с барионной материей математические вычисления рушатся. Там (и вокруг наших тел) должно быть что-то.
И это нечто такое, чего мы не можем видеть или воспринимать и, следовательно, не можем обнаружить. Но эта невидимая материя должна быть там, потому что мы можем измерить ее гравитационные эффекты. То есть мы знаем, что существует материя с массой и что она создает гравитацию, но не испускает никаких форм электромагнитного излучения, что является полностью внутренним свойством барионной материи.
И все становится еще более невероятным, когда мы обнаруживаем темную материю, также известную как небарионная материя, представляет 23% всей материи Вселенной. Напомним, что барионики, которую мы видим, всего 4%.
13. Антивещество
Да, все еще странно. Антивещество, не имеющее ничего общего с темной материей, существует. И дело не только в том, что он существует, но и в том, что мы способны его производить. Да приготовьте деньги, ну грамм антивещества стоит 62 миллиарда долларов. Это, безусловно, самый ценный материал в мире. Но давайте немного подведем итоги. Ничего, до Большого взрыва. Всего 13,8 миллиарда лет назад.
Во время рождения Вселенной для каждой частицы барионной материи, которая была создана (и всего, что создается сегодня в Космосе. С тех пор не было создано ни одной частицы. И она никогда не будет создана), также была создана античастица.
Но что такое античастица? Затем это то же самое, что и рассматриваемая частица, но с другим электрическим зарядом. В этом смысле, например, для каждого сгенерированного электрона образовывался так называемый позитрон, который имеет точно такие же свойства, что и электрон, но с положительным зарядом.
И, несмотря на то, что в моменты после Большого взрыва соотношение материи и антивещества было таким же, с течением времени из-за взаимодействий между ними симметрия была нарушена, и материя выиграла игру.
Теперь антивещества осталось очень мало. Фактически, по оценкам, составляет всего 1% всей материи Вселенной.. И хотя это кажется научной фантастикой, мы знаем, что его создание (сейчас это невозможно) откроет двери для технологической революции без преамбулы, поскольку взаимодействие материи с антивеществом, даже в незначительных количествах, генерирует столько энергии, что оно может быть идеальным топливом для космических кораблей.
Теперь, если мы пересмотрим то, что мы видели, и добавим количество барионной материи (4%), темной материи (23%) и антивещества (1%), мы получим 28%, верно? И остальное? Где остальные 72%?
Что ж, в форме того, что снова является одной из величайших загадок в астрономии: темной энергии. Опять же, это торговое название относится к невидимой форме энергии, которая взаимодействует только с гравитацией, но без какой-либо другой силы.
Мы знаем, что она затопляет 72% Вселенной и что это сила, противоположная гравитации, то есть, хотя она притягивает тела, эта темная энергия отталкивает их, то есть разделяет их. Мы знаем, что он должен существовать, потому что в противном случае Вселенная не могла бы быстро расширяться. Если бы его не было, гравитация все собрала бы вместе. Но происходит обратное.
Гала́ктикой называется большая система из звёзд, межзвёздного газа, пыли и тёмной материи, связанная силами гравитационного взаимодействия. Обычно галактики содержат от 10 миллионов (107) до нескольких триллионов (1012) звёзд, вращающихся вокруг общего центра тяжести. Кроме отдельных звёзд, и разрежённой межзвёздной среды, большая часть галактик содержит множество кратных звёздных систем, звёздных скоплений и различных туманностей. Как правило, диаметр галактик составляет от нескольких тысяч до нескольких сотен тысяч световых лет, а расстояния между ними исчисляются миллионами световых лет.
Хотя около 90 % массы галактик приходится на долю тёмной материи, природа этого невидимого компонента пока не изучена. Существуют свидетельства того, что в центре многих (если не всех) галактик находятся сверхмассивные чёрные дыры.
Межгалактическое пространство является практически чистым вакуумом со средней плотностью меньше одного атома вещества на кубический метр. Возможно, что в наблюдаемой части Вселенной находится около 1011 галактик.
материи встречаются в виде рулонов и готовых изделий. Джинсы, пальто, пиджаки.. .
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!
Физик Алексей Старобинский о теориях, различающих темную материю и темную энергию, и современных исследованиях Вселенной
Над материалом работали
доктор физико-математических наук, академик РАН, главный научный сотрудник Института теоретической физики им. Л. Д. Ландау РАН
Читайте также: