Походження і розвиток галактики

Астрономія

Зміст:

Введення.

Початок Всесвіту.

Народження сверхгалактік і скупчень галактик.

Народження галактик.

газово-пилові комплекси - колиска зірок.

Зоряні асоціації.

Коротко про всьому процесі народження.

Введення

Процес еволюції Всесвіту відбувається дуже повільно. Адже Всесвіт убагато разів старше астрономії і взагалі людської культури. Зародження іеволюція життя на землі є лише нікчемним ланкою в еволюції
Всесвіту. І все ж дослідження проведені в нашому столітті, відкрилизавіса, що закриває від нас далеке минуле.

Сучасні астрономічні спостереження свідчать про те, що початком
Всесвіту, приблизно десять мільярдів років тому, був гігантськийвогненна куля, розпечений і щільний. Його склад дуже простий. Цей вогненнийкуля була на стільки розжарений, що складався лише з вільних елементарнихчасток, які стрімко рухалися, стикаючись один з одним.
Протягом десяти мільярдів років після "великого вибуху" найпростішебезформне речовина поступово перетворювалося на атоми, молекули, кристали,породи, планети. Народжувалися зірки, системи, що складаються з величезноїкількості елементарних часток з дуже простої організацією. На деякихпланетах могли виникнути форми життя.

Початок Всесвіту

Всесвіт постійно розширюється. Той момент з якого Всесвіт початкурозширяться, прийнято вважати її початком. Тоді почалася перша і повнадраматизму ера в історії всесвіту, її називають "великим вибухом" абоанглійським терміном Big Bang.

Під розширенням Всесвіту мається на увазі такий процес, коли те жсаме кількість елементарних частинок і фотонів займають постійнозростаючий обсяг. Середня щільність Всесвіту в результаті розширенняпоступово знижується. З цього випливає, що в минулому Щільність
Всесвіту була більше, ніж в даний час. Можна припустити, що вглибокої давнини (приблизно десять мільярдів років тому) щільність
Всесвіту була дуже великою. Крім того високої мала бути йтемпература, настільки високою, що щільність випромінювання перевищувалащільність речовини. Інакше кажучи енергія всіх фотонів що містяться в 1куб. см була більше суми загальної енергії часток, що містяться в 1 куб. см.
На самому ранньому етапі, у перші миті "великого вибуху" вся матеріябула сильно розпеченої і густою сумішшю часток, античастинок івисокоенергічних гамма-фотонів. Частки при зіткненні звідповідними античастинками анігілювати, але виникають гамма -фотони моментально матеріалізувалися в частинки і античастинки.

Народження сверхгалактік і скупчень

галактик

З виникненням атомів водню починається зоряна ера - ера частинок,точніше кажучи, ера протонів і електронів.

Всесвіт вступає в зоряну еру у формі водневого газу з величезнимкількістю світлових і ультрафіолетових фотонів. Водневий газ розширювавсяв різних частинах Всесвіту з різною швидкістю. Неоднаковою була також ійого щільність. Він утворював величезні згустки, у багато мільйонів світловихроків. Маса таких космічних водневих згустків була в сотні тисяч, а то йв мільйони разів більше, ніж маса нашої теперішньої Галактики. Розширеннягазу всередині згустків йшло повільніше, ніж розширення розрідженого воднюміж самими згущені. Пізніше з окремих ділянок за допомогоювласного тяжіння утворилися сверхгалактікі та скупчення галактик.
Отже, найбільші структурні одиниці Всесвіту - сверхгалактікі - єрезультатом нерівномірного розподілу водню, яке відбувалося наранніх етапах історії Всесвіту.

Народження галактик

Колосальні водневі згущення - зародки понад галактик і скупченьгалактик - повільно оберталися. Всередині їх утворювалися вихори, схожі навир. Їх діаметр сягав приблизно ста тисяч світлових років. Миназиваємо ці системи протогалактікамі, тобто зародками галактик. Незважаючина свої неймовірні розміри, вихори протогалактік були всього лише незначноючастиною сверхгалактік і за розміром не перевищували одну тисячнусверхгалактікі. Сила гравітації утворювала з цих вихорів системи зірок,які ми називаємо галактиками. Деякі з галактик до цих пірнагадують нам гігантське завихрення.

Астрономічні дослідження показують, що швидкість обертаннязавихрення визначила форму галактики, що народилася з цього вихору.
Висловлюючись науковою мовою, швидкість осьового обертання визначає тип майбутньоїгалактики. З повільно обертаються вихорів виникли еліптичні галактики,в той час як з швидко обертаються народилися сплющені спіральнігалактики.

У результаті сили тяжіння дуже повільно обертається вихор стискався вкуля або декілька сплюнути еліпсоїд. Розміри такого правильногогігантського водневого хмари були від декількох десятків до декількохсотень тисяч світлових років. Неважко визначити, які з водневих атомівувійшли до складу народжується еліптичної, точніше кажучи еліпсоїдальноїгалактики, а які залишилися в космічному просторі поза нею. Якщоенергія зв'язку сил гравітації атома на периферії перевищувала його кінетичнуенергію, атом ставав складовою частиною галактики. Ця умова називаєтьсякритерієм Джинса. З його допомогою можна визначити, якою мірою залежаламаса і величина протогалактікі від щільності і температури водневогогазу.

Протогалактіка, яка взагалі не оберталася, ставала родоначальницеюкульовий галактики. Сплющені еліптичні галактики народжувалися з повільнообертаються протогалактік. Через недостатню відцентрової силипереважала сила гравітаційна. Протогалактіка стискалася і щільністьводню в ній зростала. Як тільки щільність досягала певногорівня, почали виділятися і стискається згустки водню. Народжувалисяпротозірок, які пізніше еволюціонували в зірки. Народження всіх зірок укульовий або злегка плескатої галактиці відбувалося майже одночасно.
Цей процес тривав відносно недовго, приблизно сто мільйонів років.
Це означає, що в еліптичних галактиках всі зірки приблизнооднакового віку, тобто дуже старі. В еліптичних галактиках весьводень було вичерпано відразу ж на самому початку, приблизно в першому сотихіснування галактики. Протягом наступних 99 сотих цього періодузірки вже не могли виникати. Таким чином, в еліптичних галактикахкількість міжзоряної речовини мізерно.

Галактики, в тому числі і наша, складаються з дуже староїсферичної складової (в цьому вони схожі на еліптичні галактики) із більш молодий плоскої складової, що знаходиться в спіральних рукавах.
Між цими складовими існує кілька перехідних компонентіврізного рівня сплюснутістю, різного віку і швидкості обертання. Будоваспіральних галактик, таким чином, складніше і різноманітніше, ніж будоваеліптичних. Галактики крім цього обертаються значношвидше, ніж еліптичні галактики. Не слід забувати, що вониутворилися з швидко обертаються вихорів сверхгалактікі. Тому встворення спіральних галактик брали участь і гравітаційна і відцентровасили.

Якби з нашої галактики через сто мільйонів років після їївиникнення (це час формування сферичної складової) вивітривсявесь міжзоряний водень, нові зірки не змогли б народжуватися, і нашагалактика стала б еліптичної.

Але міжзоряний газ в ті далекі часи не зник, і, таким чиномгравітація і обертання могли продовжувати будівництво нашої та іншихспіральних галактик. На кожен атом міжзоряного газу діяли дві сили
- Гравітація, притягує його до центру галактики і відцентрова сила,виштовхуюча його у напрямку від осі обертання. Зрештою газстискався у напрямку до галактичної площині. В даний часміжзоряний газ сконцентрований до галактичної площини в дуже тонкийшар. Він зосереджений насамперед у спіральних рукавах і являєсобою плоску або проміжну складову, названу зоряним населеннямдругого типу.

На кожному етапі сплющіванія міжзоряного газу в усе більш стоншуєдиск народжувалися зірки. Тому в нашій галактиці можна знайти, як старі,виникли приблизно десять мільярдів років тому, так і зірки народилисянедавно в спіральних рукавах, у так званих асоціаціях і розсіянихскупченнях. Можна сказати, що чим більше сплющений система, в якійнародилися зірки, тим вони молодші.

Всесвіт розвивається і в наш час. У спіральних галактиках народжуютьсяі помирають зірки. Всесвіт продовжує розширяться.

газово-пилові комплекси - колиска зірок

Звідки ж беруться у нашій Галактиці молоді і "сверхмолодие" зірки? Звіддавна, за усталеною традицією, висхідною до гіпотези Канта і
Лапласа про походження Сонячної системи, астрономи припускали, щозірки утворюються з розсіяною дифузної газово-пилової середовища. Було тількиодне суворе теоретичну підставу такого переконання - гравітаційнанестійкість спочатку однорідної дифузної середовища. Справа в тому, що втакому середовищі неминучі малі обурення щільності, тобто відхилення відсуворої однорідності. надалі, однак, якщо маси цих конденсаціїперевершують деякий межа, під впливом сили всесвітнього тяжіння маліобурення будуть наростати і спочатку однорідна середу розіб'ється накілька конденсації. Під дією сили гравітації ці конденсації будутьпродовжувати скорочуватися і, як можна вважати, врешті-решт перетворяться назірки.

Характерне час стиснення хмари до розмірів протозірок можна оцінитиза простою формулою механіки, яка описує вільне падіння тіла підвпливом деякого прискорення. Так, наприклад, хмара з масою, рівноюсонячної, стиснеться за мільйон років.

У процесі тільки що описаної першій стадії конденсації газово -пилової хмари в зірку, яка називається "стадією вільного падіння",звільняється певна кількість гравітаційної енергії. Половиназвільнилася при стисненні хмари енергії має залишити хмара у виглядіінфрачервоного випромінювання, а половина піти на нагрівання речовини.

Як тільки стискаєте хмара стане непрозорим для свогоінфрачервоного випромінювання, світність його різко впаде. Воно буде продовжуватистискатися, але вже не по закону вільного падіння, а набагато повільніше.
Температура його внутрішніх областей, після того як процесдисоціації молекулярного водню закінчиться, буде неодмінно підвищуватися,так як половина що звільняється при стисненні гравітаційної енергії будейти на нагрів хмари. Втім, такий об'єкт назвати хмара вже не можна.
Це вже справжнісінька протозірок.

Таким чином, з простих законів фізики слід очікувати, що можемати місце єдиний і закономірний процес еволюції газово-пиловихкомплексів спочатку в протозірок, а потім і в зірки. Однак можливість --це ще не є дійсність. Найпершим завданням спостережноїастрономії є, по-перше, вивчити реальні хмари міжзоряного середовища іпроаналізувати, чи здатні вони стискатися під дією власноїгравітації. Для цього треба знати їх розміри, щільність і температуру. По -друге, дуже важливо отримати додаткові аргументи на користь
"генетичної близькості хмар і зірок (наприклад, тонкі деталі їххімічного і навіть ізотопного складу, генетичний зв'язок зірок і хмар іінше). По-третє, дуже важливо отримати з спостережень неспростовнісвідоцтва існування самих ранніх етапів розвитку протозірок
(наприклад, спалахи інфрачервоного випромінювання в кінці стадії вільногопадіння). Крім того, тут можуть спостерігатися, і, мабуть, спостерігаютьсяабсолютно несподівані явища. Нарешті, слід детально вивчатипротозірок. Але для цього насамперед треба вміти відрізняти їх від
"нормальних" зірок.

Зоряні асоціації

Емпіричним підтвердженням процесу утворення зірок з хмарміжзоряного середовища є те давно відоме обставина, що масивнізорі класів О і В розподілені в Галактиці не є однорідним, а групуютьсяв окремі великі скупчення, які пізніше отримали назву
"асоціацію". Але такі зірки повинні бути молодими об'єктами. Такимчином, сама практика астрономічних спостережень підказувала, що зіркинароджуються не поодинці, а як би гніздами, що якісно узгоджується зуявленнями теорії гравітаційної нестійкості. Молоді асоціаціїзірок (що складаються не тільки з одних гарячих масивних гігантів, а й зінших примітних, свідомо молодих об'єктів) тісно пов'язані з великимигазово-пиловими комплексами міжзоряного середовища. Природно вважати, щотакий зв'язок має бути генетичною, тобто ці зірки утворюються шляхомконденсації хмар газово-пилової середовища.

Процес народження зірок, як правило, не помітний, тому що приховано віднас пеленою що поглинає світло космічного пилу. Тільки радіоастромонія, якможна тепер з великою впевненістю вважати, внесла радикальна зміна впроблему вивчення народження зірок. По-перше, міжзоряне пил не поглинаєрадіохвилі. По-друге, радіоастрономія відкрила зовсім несподіваніявища в газово-пилових комплексах межзвездой середовища, які мають пряместавлення до процесу зореутворення.

Список використаної літератури:

І. С. Шкловський. Зірки: їх народження, життя і смерть

П. І. Бакулін. Курс загальної астрономії

Ю. М. Єфремов. У глибини Всесвіту