Галактики

Основным элементом крупномасштабной структуры Метагалактики являются галактики и скопления галактик. Галактики представляют собой стационарные гравитационно-связанные звездные системы.Это гигантские скопления звезд и их систем, имеющие центр (ядро) и различную форму. Сама Галактика вращается вокруг своей центральной области. В ядре ее сосредоточены самые старые звезды, возраст которых приближается к возрасту галактики. Астрономические наблюдения показывают, что из ядер галактик происходит непрерывное истечение водорода. Таким образом, они являются фабриками по производству основного строительного материала Вселенной. Кроме этого ядра галактик проявляют свою активность в выбросах сгустков газа и облаков газа с массой в миллионы солнечных масс, а также в радиоизлучении из околоядерной области. Расстояние между звездами в ядре галактики (по космическим масштабам) очень маленькие. Звезды среднего и молодого возраста расположены в диске галактики. Расстояние между звездами на окраинах галактики значительно больше, чем в ее центре. Вопрос об образовании и строении галактик изучает не только космология, но и космогония (от греч. «гонейа» означает рождение) – область науки, в которой рассматривается происхождение и развитие космических тел и их систем.

Изучение галактик началось с 1920 г., когда К. Лундмарк (1889-1958) смог выявить отдельные звезды в спиральной галактике М33 в созвездии Треугольника и, тем самым установить звездную природу галактик, а затем Э. Хаббл (1889 - 1953) получил тот же результат для спиральных рукавов туманности Андромеды и еще нескольких галактик.

Характеристики галактик

Галактики отличаются по форме:

S – галактики (спиралевидные) наряду со сферической звездной составляющей, характеризуются наличием нескольких спиральных рукавов неправильной клочковатой структуры. В рукавах значительное количество молодых массивных звезд высокой светимости. Эти звезды непрерывно образуются из облаков межзвездной газопылевой среды. Половина галактик имеет спиральную форму (рис.18).

Е – галактики (эллиптические) представляют собой сфероиды разной степени сплюснутости и с большой концентрацией яркости к центру (рис.19). Среди эллипсоидов встречаются гиганты и карлики. Это наиболее простые по структуре галактики.

Рис.18 Спиральная галактика

Е- галактики состоят из огромного количества старых звезд малой массы с избыточным содержанием водорода. Распределение звезд в них равномерно убывает от центра. В них самые яркие звезды – красные гиганты. У Е-галактик содержание межзвездного газа в сотни и тысячи раз меньше, чем у S – галактик. Поэтому процесс звездообразования в Е галактиках практически прекращен. Эллиптических галактик в Метагалактике насчитывается 25 %.

Рис.19 Формы галактик

Линзообразные галактики (20%) – переходные между спиралевидными и эллиптическими галактиками.

Неправильные галактики (5 %) характеризуются своей нерегулярной формой и сравнительно малой массой. Это молодые галактики, вещество которых находится в основном в форме газа и космической пыли. Количество звезд измеряется десятками и сотнями. Они не имеют центрального ядра. Наблюдаются вихревые движения газов и тенденция к вращению, которые вероятно ведут к образованию спиральных ветвей. Это Большое и Малое Магеллановы облака, являющиеся спутниками нашей Галактики. Они находятся недалеко от нас, на расстоянии, всего лишь в полтора раза большем ее диаметра. Магеллановы облака значительно меньше нашей Галактики по массе и размерам.

Взаимодействующие галактики имеют неправильную форму, они обычно двойные и между ними наблюдаются мосты и перемычки светлой и темной материи, иногда они как бы пронизывают одна другую.

Галактики отличаются по активности. Под «активностью» понимают большую совокупность совершенно различных и необычных явлений: выбросов из галактик огромных масс вещества (выбросы из ядра двух или нескольких объектов масштаба небольших галактик, выбросы газовых струй и релятивистской плазмы); истечений и излучений релятивистских частиц из ядер; взрывов, при которых выделяются чудовищные количества энергии; формирование радиогалактик и т.д. Некоторые галактики обладают исключительно мощным радиоизлучением, превосходящим видимое излучение. Это радиогалактики. Одна из них находится в созвездии Лебедя (Лебедь А). В отличие от нашей и других «нормальных» галактик Лебедь А излучает в радиодиапазоне энергии больше, чем в оптическом. «Активные» галактики, составляющие всего несколько процентов от общего их числа, могут излучать в миллионы раз больше энергии, чем «обычные».

Для активных галактик характерны два более или менее симметричных «радиооблака», т.е. протянувшиеся на миллионы световых лет облака плазмы (ионизированного газа), выбрасываемые из ядра галактики. Предполагается, что «в центре источника генерирующего излучающую в радиодиапазоне плазму, находится черная дыра массой в миллиард солнечных. Черная дыра окружена тороидальным аккреционным диском, состоящим из газа и пыли. Выбросы могут иметь как обращенную, так и зеркальную симметрию; первое объясняется прецессией источника выбросов (круговым движением оси вращения источника), второе – либо обращением галактики с выбросами вокруг тяготеющей массы, например другой галактики, либо движением межгалактического газа со скоростью несколько тысяч км/с., «сдувающего» выбросы в сторону. На фотографиях шаровой галактики в созвездии Центавра четко выделяются огромные облака темной пылевой материи, которые как бы разделяют галактику на две части.

Галактики имеют склонность образовывать группы и скопления различной численности. Это свойство у них выражено намного сильнее, чем у звезд. Большинство галактик являются членами групп или скоплений, и только незначительная часть (около 10 %) располагаются в общем объеме Метагалактики. Скопления насчитывают сотни и даже тысячи членов. Одно из самых больших находится в созвездии Волосы Вероники (около 10 тыс. галактик). Оно имеет почти сферическую форму радиусом примерно 4 Мпк. Расстояния между членами звездного скопления огромны по сравнению с размерами звезд. А расстояния между членами скопления галактик всего в несколько раз больше, чем их размеры. В этом и заключается особенность их структуры.

2.1.1. Галактика «Млечный путь»

Наша галактика называется Млечный Путь (от греч. galakticos – молочный, млечный) – обширная звездная система, содержащая до 200 млрд. звезд (рис.20). Кроме звезд она включает межзвездную среду, в том числе магнитные поля, частицы высоких энергий (космические лучи) и состоит из ядра и нескольких спиральных рукавов. Ее размеры – 100 тыс. световых лет. Большая часть звезд нашей галактики сосредоточена в гигантском «диске» толщиной около 1500 световых лет.

Рис.20 Галактика Млечный путь

Галактика имеет плоскость симметрии, которая называется галактической, и ось симметрии (ось вращения галактики). В галактической плоскости находятся типичные для спиральных галактик крупномасштабные образования – спиральные рукава (сейчас их насчитывают 4). В них сосредоточены все горячие звезды высокой светимости и большая часть газо – пылевой материи. В сечении галактика имеет вид летящей тарелки. Скорость ее вращения оставляет примерно 200 км/с. Звезды могут менять свои положения в Галактике, покидая рукава и возвращаясь в них через какое – то время.

Солнце расположено в галактической плоскости на расстоянии около 10 килопарсек (30 световых лет) от галактического центра на внутреннем краю рукава, носящего название рукава Ориона. Солнце вращается вокруг галактического центра по почти круговой орбите со скоростью 220 км/с и совершает полный оборот за 226 млн. лет. Это так называемый галактический год. Помимо кругового движения по орбите, Солнечная система совершает вертикальные колебания относительно галактической плоскости, пересекая ее каждые 30 – 35 млн. лет и оказываясь то на северном, то в южном галактическом полушарии.

Месторасположение Солнечной системы в галактике, вероятно является фактором эволюции жизни на Земле. Ее орбита практически круглая; скорость примерно равна скорости спиральных рукавов, это означает, что она проходит сквозь них чрезвычайно редко. Солнечная система также находится на значительном расстоянии от переполненных звездами окрестностей галактического центра. Около центра, гравитационные воздействия соседних звезд могли возмутить объекты облака Оорта и направить множество комет во внутреннюю Солнечную систему, вызвав столкновение с катастрофическими последствиями для жизни на Земле.

Земля ориентирована в Галактике так, что ее Южное полушарие обращено к центру галактики, а Северное – к ее краю (приложение 8).

Наша галактика входит в состав группы состоящей примерно из 30 членов. Ближайшая из них (до которой световой луч бежит 2 млн. лет) – «Туманность Андромеды» (рис.21).

Рис.21 Туманность Андромеды

Она названа так потому, что именно в созвездии Андромеды в 1917 году был открыт первый вне нашей галактики объект и его принадлежность к другой галактике. Обе они входят в Местную систему галактик, размеры которой достигают сотен тысяч парсек. Местная система галактик сравнительно небольшая по сравнению со скоплениями, содержащими сотни и тысячи галактик.