Інші зоряні системи - галактики

Астрономія

Міністерство освіти і науки України

Загальноосвітня школа I-III ступенів № 83 м. Донецька

Реферат

з дисципліни:

«Астрономія»

на тему:

«Інші зоряні системи - галактики»

Донецьк

2004

Галактики - це великі зоряні системи, в яких зірки пов'язаніодин з одним силами гравітації. Існують галактики, що включають трильйонизірок. Наша Галактика - Чумацький Шлях - також досить велика: в ній більше
200 млрд. зірок. Найменші галактики містять зірок у мільйон разівменше і, швидше, нагадують що знаходяться в Чумацькому Шляху кульові скупчення,тільки значно більше за розмірами. Крім звичайних зірок галактикивключають в себе міжзоряний газ, пил, а також різні «екзотичні»об'єкти: білі карлики, нейтронні зірки, чорні дірки. Газ в галактики нетільки розсіяний між зірками, але й утворює величезні хмари (масою домільйони мас Сонця), яскраві туманності навколо гарячих зірок, щільні іхолодні газопилові туманності. Великі зоряні системи мають маси всотні мільярдів мас Сонця. Найменші з карликових галактик «важать»всього лише в 100 тис. разів більше Сонця. Таким чином, інтервал мас угалактик значно ширше, ніж у зірок: самі «важкі» і самі «легкі»зірки розрізняються за масою менше ніж в 1000 разів. Зовнішній вигляд і структуразоряних систем також досить різні, і відповідно до цього галактикиподіляються на морфологічні типи.

Рис. 1. Магелланові хмари

(а - Велика Магелланова хмара; б - Мала Магелланова хмара)

Найближчими до нас і найяскравішими на небі галактиками є
Магелланові Хмари. Вони виглядають як дві туманних хмарки, подібно двомвідірвалися шматочках Чумацького Шляху. На жаль, у Північній півкулі їхне видно. Але морякам, які плавають у південних морях, здавна були відомі дваневеликих «хмари», які сріблясто світяться в гарну погоду на нічномунебі. Самим дивним здавалося те, що хмари не змінювали свогорозташування щодо зірок, вони були наче приклеєні до неба. У XV ст.моряки називали їх Капській хмарами. Південний полюс світу, на відміну відпівнічного, важче знайти на небі, так як поряд з ним немає таких яскравих іпримітних зірок, як Полярна.

А Хмари знаходяться неподалік (на відстані близько 20 °) від південногополюса небесної сфери і утворюють з ним приблизно рівносторонній трикутник.
Таке положення зробило їх об'єктами, зручними для орієнтування. Однакприрода Хмар довго ще залишалася загадкою.

Під час кругосвітньої подорожі Фернана Магеллана в 1519-1521 рр..його супутник і літописець Антоніо Пігафетта описав Хмари у своїх подорожніхнотатках, а після загибелі знаменитого мореплавця він запропонував назвати
Хмари Магеллановою - Великим і Малим.

Магелланові Хмари відносяться до найбільших видимим на небіастрономічним об'єктам. Велика Магелланова Хмара (БМО) маєдовжину більше 5 °, тобто 10 видимих діаметрів Місяця. Мале
Магелланова Хмара (ММО) - трохи більше 2 °. На фотографіях же, де вдаєтьсязафіксувати і слабкі зовнішні райони, розміри Хмар рівні відповідно
10 ° і 6 °. Якщо світло від БМО зібрати в одну точку на небі, то вийдеоб'єкт, який можна порівняти за блиском з найяскравішими зірками. Світло від БМО йде донам 200 тис. років, а від ММО - 170 тис. років.

Рис. 2. Класи галактик:

1 - еліптичні (E); 2 - спіральні (S) (а - нормальні, б - з перемичкою); 3 - неправильні (Ir)

При дослідженні неба за допомогою сучасних телескопів виявленобезліч галактик, схожих на Магелланові Хмари (Мал. 2). Для ниххарактерна неправильна, клочковатая форма. У таких галактиках міститьсябагато газу - до 50% їх загальної маси. Цей тип називають неправильнимигалактиками і позначають Ir (від англ. irregular - «неправильний»). Доданого класу належать близько 5% всіх відомих зоряних систем.

Еліптичні галактики становлять 25% від загального числа галактиквисокої світності. Їх прийнято позначати літерою Е (від англ, elliptical -
«Еліптичний»), до якої додається цифра від 0 до 6, відповіднаступеня уплощения системи (Е0 - «шарові» галактики, Е6 - найбільш
«Сплюснений»). На фотопластинки вони виглядають як нерізкий круг або еліпс,яскравість якого швидко спадає від центру. Колір у еліптичних галактикчервонуватий, тому що складаються вони переважно зі старих зірок. Холодногогазу в таких системах майже немає, але найбільш масивні з них заповненідуже гарячим зрідженим газом температурою більше мільйона градусів.

Галактики за зовнішнім виглядом нагадують сочевицю абодвоопуклою лінзу. На галактичному диску помітний спіральний візерунок здвох або більше (до десяти) закручених в один бік гілок, або рукавів,що виходять з центру галактики. Диск занурений у розріджений слабосветящеесясфероїдальної хмара зірок - гало. До цього класу належить половина всіхспостережуваних галактик.

На наступній фотографії показана NGC 1365 (Мал. 3) - своєрідна
«Класика» спіральної галактики. Ця масивна галактика має діаметр в
200,000 світлових років і віддалена від нас на 60 мільйонів світлових років. Цеодна з галактик з зоряного скупчення Fornax. Через центр галактикипроходить перешкода, яка охоплює її ядро. Це ціла система зспіральних рукавів та перешкод обертає повільно за годинниковою стрілкою і проходить
350 мільйонів років, щоб завершити один повний поворот. Подібно до багатьохспіральних галактик центральна область її складається зі старших, більшчервоних зірок. Спіральні рукави містять молоді сині зірки

Рис. 3. NGC 1365

Метагалактика

За межами нашої Галактики астрономи в сильні телескопи виявилибезліч зоряних систем, подібних за своєю будовою нашій Галактиці. Цеінші галактики; вони також складаються з мільярдів зірок-сонць. Такігалактики мають вигляд туманних цяток, іноді ледь помітних нафотознімках. Одна з таких далеких галактик показана на фотографії (Мал.
4).

Рис. 4. Далека галактика

Безліч таких туманностей було відкрито астрономами протягом
XVIII і XIX ст. Передові вчені вже тоді вважали, що ці туманності --зоряні системи, подібні до Чумацького Шляху, але віддалені від нас нанеймовірно величезні відстані. У 20-х роках нашого століття американськийастроном Хаббл вперше довів, що подібні туманності дійсноявляють собою дуже віддалені самостійні і нерідко гігантськізоряні системи.

Типовим прикладом таких галактик є широко відома P усузір'ї Андромеди (Рис. 5). У безмісячну ясну ніч її можна помітитинеозброєним оком у вигляді розмитої світлого плямочки величиною не меншмісячного диска. Ця галактика у всьому дуже схожа на нашу Галактику. Мибачимо її дещо нахиленою до променя зору. Знаходиться вона від нас навідстані більше мільйона світлових років. Найбільш яскраві її частини маютьспіральне будову. За розмірами вона більше нашої Галактики.

Рис. 5. Галактика Андромеда

Галактика Андромеда - один з найближчих наших галактичнихсусідів. У проміжку в 2,3 мільйона років - один із самих далеких об'єктів,видимих неозброєним поглядом. Андромеда містить 300 мільярди сонць іохоплює 130,000 світлових років, що майже вдвічі масивної нашоївласної галактики. Галактика - чудовий приклад спіральної іпередбачається, що наша власна галактика має дуже схожуструктуру. Андромеда має дві великі галактики - M32 і M110, яківидно на Рис. 5.

Рис. 6. Центральна частина Галактики Андромеда

На Рис. 6 зображена центральна область Галактики Андромеда. Синяточка в центрі зображення - «холодний» джерело рентгенівського випромінювання,де зафіксована супермасивні чорна діра з масою 30'000'000 сонць.

Інша широко відома галактика видно у сузір'ї Гончих Псів. Вонатакож має спіральне будову. Це Галактика Sunflower ( «Сонячнийквітка ») (Мал. 7), відома також як М63 та NGC 5055, - один із самихяскравих галактик північного неба. Її можна спостерігати в малий телескоп усузір'ї Гончі Пси

Рис. 7. Галактика Sunflower

Рис. 8. Комбінований радіо-оптичне зображення галактики М33

Рис. 9. Група галактик «Квінтет Стефана»

На Рис. 8 зображено комбіноване радіо-оптичне зображеннягалактики М33, отримане завдяки останнім досягненням у розвиткутехнологій космічних спостережень.

За допомогою космічного телескопа Hubble було отримано новезображення групи галактик, відомої під назвою «Квінтет Стефана»
(Stephan's Quintet) (Рис. 9), на якому видно один з найбільш вражаючихобластей формування нових зірок. Квінтет Стефана досить популярний середастрономів-аматорів, хоча видно він тільки в хороший аматорський телескоп.
Квінтет є прототипом компактних галактичних груп, які дужеінтенсивно досліджуються в останні кілька десятиліть. На знімкупредставлена тільки центральна частина Квінтету Стефана, на якому виднозіткнення гігантських космічних об'єктів.

Квінтет Стефана, як випливає з його назви, складається з п'ятигалактик, які отримали найменування NGC7317, 7318A, 7318B, 7319 і 7320. Вінрозташовується на відстані 270 млн. світлових років від Землі в сузір'ї
Пегаса. Ця група галактик була відкрита французьким астрономом Едуардом
Стефаном (Edouard Stephan) в 1877 р., з допомогою дзеркального телескопа Фукоз апертурою 80 см, встановленого в обсерваторії Марселя. Зараз вжевідомі сотні аналогічних галактичних груп, але лише лічені одиниціз них виглядають так само ефектно, як і Квінтет Стефана.

Правда останні дослідження показали, що насправді цягалактична група складається з трьох галактик - NGC 7317, 7318A і 7319, агалактики NGC 7320C і NGC 7318B просто «пролітають повз» і ніяк не пов'язаніз іншими.

Галактика Сомбреро (Мал. 10) - одна з найпрекрасніших об'єктів внебесах. Ця галактика типу Sa. Центральна опуклістьдомінує поряд з відмітною темним діапазоном, який відповідаєспіральних рукавах. Галактика багата кулястими зоряними скупченнями.
Щоправда, неозброєним оком її побачити важко, потрібен хоча б невеликийтелескоп. Знаходиться вона на відстані 28 мільйонів світлових років від Землі, адіаметр її диска становить близько 50 тис. світлових років. Вона належить докласу спіральних галактик, як і наш Чумацький Шлях, але з Землі галактика
Сомбреро видно майже в «профіль» (точніше під кутом в 6 градусів до їїекваторіальній площині), і в такому вигляді вона дійсно схожа намексиканський національний головний убір.

Галактика Сомбреро знаходиться в південній частині галактичного скупчення всузір'ї Діва. Вона є однією із найбільш масивних галактик в ційгрупі - її маса приблизно в 800 млрд. разів більше маси нашого Сонця. Уяскравої центральної області галактики Сомбреро знаходиться менший за розмірамидиск, який нахилений щодо основного великого центрального диска.
Дослідження цієї області за допомогою рентгенівських телескопів показали, щомалий диск являє собою матерію, яка спрямовується в компактнеядро галактики, де знаходиться чорна діра масою в мільярд сонць.

Рис. 10. Галактика Сомбреро

У XIX столітті деякі астрономи вважали, що ця галактика - тількидиск світиться газу, що оточує молоду зірку, тобто, якийсь аналогнашої сонячної системи в її молоді роки. Однак у 1912 р. астроном В.
Сліфер (VM Slipher) виявив, що Сомбреро віддаляється від нас зішвидкістю понад 1100 км за секунду. Звідси б зроблено висновок про те, що
Сомбреро насправді є галактикою, а її видалення від нас єнаслідком розширення Всесвіту.

Космічний телескоп Hubble Space Telescope (NASA) отримав зображеннядвох взаємодіючих спіральних галактик NGC 2207 та IC 2163 (Мал. 11),що знаходяться в сузір'ї Великий Пес. На знімку зліва більш масивнагалактика NGC 2207, праворуч менша за розмірами IC 2163. Потужні приливнісили від NGC 2207 спотворили форму IC 2163 і призвели до виверження з неї зірокі газу у вигляді довгих потоків, що простягаються на сотні тисяч світлових років доправому краю зображення.

Комп'ютерне моделювання показало, що зіткнення галактиквідбувається в неквапливо темпі. Обчислення показують, що IC 2163 огинає
NGC 2207 в прольоті проти годинникової стрілки, причому саме тісне зближеннябуло 40 мільйонів років тому. Однак IC 2163 не має достатньокінетичної енергії, щоб вийти з гравітаційного поля NGC 2207, і їйдоведеться в майбутньому звертатися навколо більшої галактики знову і знову.
Зображення показують пилові зони в спіральних рукавах NGC 2207, яснощо виділяються на тлі IC 2163. Хаббл також показує ряд паралельнихфіламентів - ниток пилу, що тягнуться подібно штрихами тонкої кисті уздовжречовини, викинутого припливом. Великі конденсації газу і пилу в обохгалактиках в найближчому майбутньому можуть перетворитися в області активногозореутворення.

Сковані взаємним тяжінням ці галактики будуть продовжувати спотворюватиі руйнувати один одного припливами, звертаючись навколо спільного центру мас. Укінцевому рахунку через мільярди років вони об'єднаються в єдину більш масивнугалактику.

Рис. 11. Взаємодія спіральних галактик NGC 2207 та IC 2163

Зараз астрономам відомі мільйони галактик. Виявлені ціліскупчення і хмари галактик. Є всі підстави думати, що всі видимі вНині галактики становлять частину, і то не дуже великучастина, незмірно більш грандіозної космічної системи - Метагалактика. Доїї кордонів поки не можуть проникнути навіть найбільш потужні телескопи.

Отже, відома нам в даний час частина Всесвіту - тільки частина
Метагалактика, в якій наша Галактика займає положення рядовий зоряноїсистеми. Хто знає, може бути, і Метагалактика є членом ще більшеграндіозної системи. Взагалі зоряних систем у нескінченного Всесвітунезліченна безліч.

Найбільша галактика

Рис. 12. Галактика ISOHDFS 27

Міжнародна група астрономів виявила найбільшу масивну з усіхвідомих галактик. Для спостережень використовувався інструмент ISAAC признаменитому телескопі Very Large Telescope обсерваторії Paranal (Paranal
Observatory).

Ця галактика, що одержала найменування ISOHDFS 27 (Мал. 12),розташована на відстані близько 6 мільярдів світлових років від нас (величиначервоного зміщення дорівнює 0,58). Її маса більш ніж в 1000 мільярдів разівбільше маси Сонця. Таким чином, ця галактика приблизно в чотири разимасивніший нашої Галактики і вдвічі - наймасивнішою спіральної галактики звідомих до цих пір.

Оптичне зображення далекої галактики ISOHDFS 27 отриманокосмічним телескопом Hubble. Кутовий розмір галактики становитьприблизно 7 arcsec, що відповідає 130 000 світлових років (40 kpc) навідстані, що дорівнює 6 мільярдів світлових років. Нахил площини галактики долінії візування - близько 50 °.

Визначення маси галактики ISOHDFS 27 засноване на вимірюванні рухівїї зірок і туманностей навколо центру галактики. Чим більше швидкістьруху, тим більша маса об'єкта. Це, по суті, той же самий метод,який дозволяє визначити масу Землі, виходячи з орбітальної швидкості івідстані до Місяця.

У 1995-98 роках інфрачервона камера ISOCAM, встановлена на бортуінфрачервоної космічної обсерваторії (Infrared Space Observatory)
Європейського Астрономічного Товариства, вперше дозволила астрономампоглянути на Всесвіт в інфрачервоному світлі. Так була виявлена новакатегорія об'єктів - світлі далекі галактики з підвищеним інфрачервонимвипромінюванням (галактики ISOHDFS). Деякі з них і стали об'єктамидослідження в 1999-2000 роках. Однак всі ці галактики знаходяться на дужевеликих відстанях від нас - кілька мільярдів світлових років (червонізсуву від 0,6 до 1,5). До того ж це слабкі об'єкти.

У вересні 1999 року група астрономів отримала спектри близько десяткацих галактик. Були виявлені спектральні лінії атомів водню Н-alpha івизначено, що випромінювання зароджується в запилених областях з інтенсивнимзореутворення. Потім визначили точні величини червоних зміщень (і,отже - відстаней до окремих галактик) шляхом вимірювання
Доплерівського зміщення альфа-водневих ліній в інфрачервоних спектрахгалактик. У серпні 2000 року були проведені спостереження ISOHDFS галактик на
VLT, в результаті яких були виміряні маси центральних районів галактик.

Темні галактики

Всесвіт може включати в себе величезну кількість галактик, вяких зовсім немає зірок. Вони складаються тільки з темної матерії. У кінцевомурахунку, таких галактик може виявитися набагато більше, ніж звичайних галактикз сяючими зірками і газом, і співвідносячиошен між ними може становити 100до 1. Цей прогноз зробили астрономи Нейл Трент (Neil Trentham), Оле
Меллер (Ole Moller) та Енріко Рамірез-Руїз (Enrico Ramirez-Ruiz) з
Кембриджського університету. Їх стаття буде опублікована в «Monthly
Notices »Королівського Астрономічного Товариства.

Рис. 13. Галактика UGC 10214, з якої явно відбувається відтік речовини

Вже є багато доказів того, що яскраві галактики містятьвелику кількість темної матерії, маса якої часто в десять разівперевищує масу всіх зірок галактики. Для того щоб пояснити спостережуваніпереміщення зірок під впливом гравітації цілої галактики, повиннаіснувати додаткова маса, яку ми не бачимо. У деякихгалактиках, які доступні спостереженнями, зірок явно недостатньо, щобвони були здатні складати галактику і існувати як галактика.

Теорія передбачає, що на одну масивну галактику доводиться багатогалактик з низькою масою, які ми не бачимо. Це відбувається тому, що вних дуже мало або зовсім немає зірок. Таким чином, виникає запитання: якшукати ці темні галактики?

Це важке завдання, і методика пошуку буде залежати від природи темноїматерії, яка поки що невідома. Якщо темна матерія повністю складається зелементарних частинок, то темні галактики можуть діяти якгравітаційні лінзи, деформуючи вид віддалених галактик, що лежать позадуних. Якщо темна галактика буде включати в себе коричневі карлики, то їхінфрачервоне випромінювання може бути виявлено. Обнаружіми іпроеволюціаніровавшіе зірки, такі, як білі карлики або чорні дірки.
Якщо б ці об'єкти перебували на невеликих відстанях від нас, то можнабуло б виявити ці згаслі зірки, що грають роль гравітаційних лінздля випромінювання окремих зірок в інших галактиках поза темної галактики.
Кілька таких ефектів на малій майданчику неба могли б означатиприсутність у цьому напрямку темної галактики.

Дослідники визначили одне з таких місць, де може бути присутнімтемна галактика. Галактика UGC 10214 (Мал. 13), з якої явно відбуваєтьсявідтік речовини так, як якщо б вона взаємодіяла б з іншогогалактикою. Але ця галактика не видно, і потік речовини тече як би внікуди.

Використані джерела

Даний реферат підготовлений, в основному, з використанням матеріалівнаступних астрономічних Інтернет-ресурсів:

1. «Астрономічні новини - Енциклопедія»

(http://astronews.prao.psn.ru/encycl).

2. «Російський Астрономічний Портал» (http://astrolab.ru/).

3. «Астрономічний портал« Пегас »(http://citadel.pioner- samara.ru/4.html).