Характеристика Галактики как звездного скопления и её эволюция

Наша Галактика (Млечный Путь) – обширная звездная система, содержащая 10¹¹ звезд, к которой принадлежит и наше Солнце. Звезды движутся практически без столкновений. Форма Галактики напоминает две сложенные тарелки. По своей структуре Галактика является эллиптической со спиральными рукавами. Большая часть звезд образует диск, меньшая часть гало сферической формы. В центре диска имеется утолщение (балдж), внутри которого ядро Галактики. Солнце находится в дисковой составляющей на расстоянии 8 килопарсек от центра Галактики, примерно 2/3 радиуса, в коротационном торе (в стационарной области, где дифференциальная скорость вращения звезд вокруг галактического центра совпадает со скорость вращения Галактики как целого).

Характеристики Галактики: Диаметр10²¹м ≈ 3 10 ⁴световых лет, плотность в ядре 5 10⁶ звезд/килопарсек³, Плотность в окрестности Солнца 1/8 звезд/ килопарсек³, Линейная скорость вращения 220-250 км/сек в окрестности Солнца. Период вращения 240-250 млн./лет – галактический год. Видимая масса Галактики составляет10¹¹ масс Солнца. Масса Солнца =1,99 10³⁰ кг. (1 парсек = 3,263 световых года = 3,086 10¹⁶ метра)

Галактический центр находится в созвездии Стрельца, невидим в оптическом диапазоне. Является радиоисточником. Около центра источники инфракрасного излучения. Галактический центр – также источник непрерывного рентгеновского излучения с энергией квантов в диапазоне 1 килоэлектронвольт – 1 Мегаэлектронвольт. Предполагают, что в центре Галактики находится массивная черная дыра. Ближайшей галактикой к нашей, является галактика Туманность Андромеды, которая движется к нашей Галактике.

Эволюция Галактики. Возникновение галактик. Галактики и другие локализованные объекты возникли из первичных флуктуаций (малых отклонений в ранней Вселенной от точной однородности и изотропности в горячей стадии). Эти первичные космологические неоднородности плотности вещества Вселенной усиливались гравитационной неустойчивостью, т.е. развивались возмущения плотности и скорости среды под действием сил собственного тяготения. Гравитационная неустойчивость приводит также к фрагментации (дроблению) вещества. В модели фрагментации первыми возникают сгущения вещества с М =10 ¹⁵ масс Солнца. Они имеют форму «блинов» - сильно сплюснутых газовых облаков повышенной плотности. Со временем блины разрастаются, и смыкаются друг с другом, образуя ячеистую структуру. Образование галактик в этой модели связано с дроблением «блинов» на части. Наблюдаемая крупномасштабная структура Вселенной – пространственное распределение галактик и их скоплений в виде ячеистой трехмерной «пены» качественно согласуется с моделью фрагментации.

Эволюция галактики начинается со стадии газового облака приблизительно сферической формы, облако состоит из водорода, оно неоднородно. Отдельные сгущения газа, двигаясь, сталкиваются друг с другом. Потеря кинетической энергии сгущениями приводит к сжатию облака к оси вращения полем тяготения. Если облако вращается быстро, получается спиральная галактика, если медленно – эллиптическая галактика.

Звезды – гигантские светящиеся плазменные (газовые) шары, равновесие которых обеспечивается балансом между силой гравитации и давлением горячего вещества (газа) и излучения.

Эволюция звезд. Звезды рождаются из межзвездных облаков, в которых развиваются тепловые и гидродинамические неустойчивости. Следствие этих неустойчивостей является гидродинамический коллапс (схлопывание) части облака и образования гравитационно-связанного объекта - протозвезды. Протозвезды светят за счет выделения гравитационной энергии при сжатии. Время образования протозвезды от начала коллапса 10⁵-10⁶ лет. При увеличении массы и сжатия температура центральной области протозвезды достигает 10⁷ К, начинаются термоядерные реакции превращения водорода в гелий (4протона превращаются в ядро гелия с выделение энергии 26 Мэв), протозвезда вспыхивает, превращается в звезду и выходит на главную последовательность звездной диаграммы, где проводит свое основное время жизни. После выгорания водорода в центре звезды и образования гелиевого ядра выделение ядерной энергии в нем прекращается и ядро начинает сжиматься. Водород продолжает гореть в тонкой оболочке окружающей гелиевое ядро. Оболочка расширяется, светимость звезды растет, поверхностная температура уменьшается, и звезда становится красным гигантом.

В звездах с массой меньшей 8 масс Солнца ядерное горение заканчивается после образования углеродного с примесью кислорода звездного ядра массой около солнечной. После сброса всей оболочки это ядро превращается в белый карлик. Если масса звезды больше 10 масс солнца, то ядро звезды горит до образования железного ядра. В таком ядре выделение ядерной энергии невозможно и происходит гравитационный коллапс. В результате – взрыв сверхновой звезды с выделением огромного количества гравитационной энергии, которую уносят нейтрино. После взрыва и сброса оболочки возникает нейтронная звезда.

Для массивных звезд с массой больше 40 масс Солнца гравитационный коллапс не останавливается на стадии нейтронной звезды, а продолжается дальше, и после преодоления гравитационного радиуса образуя объект – черную дыру. Гравитационный радиус км, М-масса черной дыры, М_О –масса Солнца.

При этом звезда гаснет, т.к. гравитационное поле черной дыры удерживает свет звезды. Однако происходит квантовое испарение черной дыры за счет рождения пары квантовых частиц в её гравитационном поле. Частица с положительной энергией уходит на бесконечность, а другая с отрицательной энергией, туннелирует через горизонт событий внутрь черной дыры, и уменьшает ее массу.