ГАЛАКТИКА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, КОМПОНЕНТИ, ТИПИ, ФОРМУВАННЯ - АРТЕ - 2025

Галактика являє собою конгломерат астрономічних об'єктів і матерії, таких як газові і пилові хмари, мільярди зірок, туманностей, планет, астероїдів, комет, чорні діри, і навіть багато темної матерії, все структурованим завдяки силі тяжіння.

Наша Сонячна система є частиною великої спіральної галактики під назвою Чумацький Шлях. Ця назва, що походить з грецької мови, може бути перекладена як «молочний шлях», завдяки її схожості з тьмяно освітленою смугою, що перетинає небесну сферу.

Малюнок 1. Прекрасна сочевична галактика, відома як галактика Сомбреро М104 у сузір'ї Діви, що знаходиться на відстані 29,35 мільйона світлових років, видно телескопом Хаббла. Джерело: Wikimedia Commons.

У ясні літні ночі його можна дуже добре спостерігати між сузір’ями Скорпіона та Стрільця, оскільки в цьому напрямку знаходиться ядро ​​і де щільність зірок значно більша.

Історія відкриття галактик

Великий грецький мислитель і математик Демокрит з Абдера (460-370 рр. До н. Е.) Першим припустив - в його дні не було телескопів - про те, що Чумацький Шлях насправді складався з тисяч зірок настільки далеко один від одного, що його не можна було відрізнити. інший.

Минув деякий час, перш ніж Галілей (1564-1642) погодився з ним, коли, вказуючи на свій телескоп, виявив, що на небі більше зірок, ніж він міг порахувати.

Галілео Галілей - Джерело: Доменіко Тінторетто

Саме німецький філософ Іммануїл Кант (1724-1804) міркував, що Чумацький Шлях складається з стільки тисяч сонячних систем і що ціла має еліптичну форму і ритмічно обертається навколо центру.

Крім того, він також припустив, що існують інші набори зірок і планет, таких як Чумацький Шлях, і назвав їх острівними всесвітами. Ці острівні всесвіти були б видимі з Землі як крихітні, слабкі проміння світла.

Через 20 років, у 1774 році, з'явився каталог Мессьє - збірка 103 об’єктів глибокого космосу, видимих ​​на сьогоднішній день і зроблена французьким астрономом Чарльзом Мессьє (1730-1817).

Серед них були деякі кандидати на острівні всесвіти, які були відомі просто як туманності. Туманність М31 була однією з них, відома сьогодні як сусідня галактика Андромеди.

Вільям Гершель (1738-1822) розширив би перелік об'єктів глибокого космосу до 2500 і вперше описав форму Чумацького Шляху. Однак вчені ще не зрозуміли, що певні туманності, такі як М31, самі були величезними конгломератами зірок, схожими на Чумацький Шлях.

Потрібен був телескоп з достатньою роздільною здатністю, і його можна було придбати в 1904 році, коли величезний телескоп в обсерваторії Маунт-Вілсон в Каліфорнії був побудований із дзеркалом діаметром 100 дюймів. Вже до цього часу розміри Всесвіту стали очевидними, адже і без того величезний Чумацький Шлях - це лише одна галактика, серед незліченних їх конгломератів.

У 1924 році Едвіну Хабблу (1889-1953) вдалося виміряти відстань до однієї з цих спіральних туманностей, спостерігаючи за цефеїдними зірками в об’єкті M31, найвидатнішій туманності у формі спіралі під назвою Андромеда.

Цефеїди - це зірки, які періодично змінюють свою яскравість і це пропорційно періоду. Більш світлі мають більш тривалий період.

На той час Гарольд Шаплі (1885-1972) оцінив розмір Чумацького Шляху, але він був настільки великий, що він був переконаний, що туманність Андромеди знаходиться у внутрішніх місцях Чумацького Шляху.

Однак Хаббл визначив, що відстань до цефеїдів Андромеди набагато більша, ніж розмір Чумацького Шляху, і тому його не можна знайти. Андромеда, як і Чумацький Шлях, сама по собі була галактикою, хоча тривалий час вона залишалася називатися "екстрагалактичною туманністю".

Загальна характеристика

Галактики мають форму, і, як ми побачимо далі, їх можна класифікувати за цим критерієм. Вони також містять масу і зовсім не є статичними утвореннями, оскільки мають рух.

Існують гігантські і дуже яскраві галактики, такі як Чумацький Шлях та Андромеда, а також галактики, звані "карликами", до тисячі разів менш яскравими. Щоб ознайомитися з розмірами, корисно знати деякі одиниці вимірювання, які використовуються в астрономії. Спочатку у нас світловий рік.

Світловий рік - це одиниця відстані, рівна відстані, яку проходить світло за один рік. Оскільки швидкість світла становить 300 000 км / с, помноживши на кількість секунд за 365 днів, результат становить приблизно 9 з половиною мільярдів кілометрів.

Для порівняння, відстань від Сонця до Землі становить 8,5 світлових хвилин, приблизно 150 мільйонів кілометрів, що приблизно еквівалентно одній АС або астрономічній одиниці, корисною для вимірювань у Сонячній системі. Наступна найближча до Сонця зірка - Проксіма Кентаврі у 4,2 світлових років.

АС породжує ще один широко використовуваний блок: парсек або паралакс дуги секунди. Те, що точка знаходиться на відстані парсека, означає, що його паралакс дорівнює 1 дузі секунди між Землею та Сонцем.

Малюнок 2. Схема визначення парсеку. Джерело: Wikimedia Commons. Kes47 (?).

Розмір, рух та хімічний склад

Розміри галактик надзвичайно різноманітні - від настільки малих, що ледве мають тисячу зірок, до гігантських еліптичних галактик, про які ми детально поговоримо пізніше.

Таким чином, у нас Чумацький Шлях має близько 100 000 світлових років у діаметрі, будучи великою галактикою, але не найбільшою. NGC 6872 має 520 000 світлових років, приблизно в 5 разів більше діаметра Чумацького Шляху, і є найбільшою спіральною галактикою, відомою на сьогоднішній день.

Галактики не є статичними. Взагалі, зірки та хмари газу та пилу мають обертальний рух навколо центру, але не всі частини галактики обертаються з однаковою швидкістю. Зірки в центрі обертаються швидше, ніж зовнішні, у тому, що називається диференціальним обертанням.

Що стосується хімічного складу, то найпоширеніші елементи у Всесвіті - водень та гелій. Усередині зірок, як реактор ядерного синтезу, найважчі елементи, які ми знаємо, утворюються через періодичну таблицю.

Колір і світність галактик змінюються з часом. Молодші галактики синіші та яскравіші, ніж старші.

Еліпсоподібні галактики мають тенденцію до червоного кольору, з численними старими зірками, а неправильні - найбласнішими. У спіралеподібних галактиках синій зосереджений у напрямку до центру, а червоний - до околиць.

Компоненти галактик

Під час спостереження за галактикою можна визначити такі структури, які є в Чумацькому Шляху, яка була взята як модель, оскільки вона найкраще вивчена:

Диско та ореол

Дві основні структури нашої галактики - це диск і ореол. Диск знаходиться в середній площині, визначеній галактикою, і містить велику кількість міжзоряного газу, що породжує нові зірки. Він також містить старі зірки та відкриті скупчення - погано структуроване групування зірок.

Слід зазначити, що не всі галактики мають однакову швидкість утворення зірок. Вважається, що еліптичні галактики мають набагато меншу швидкість, на відміну від спіралей.

Сонце розташоване в галактичному диску Чумацького Шляху, на площині симетрії і, як і всі зірки на диску, він обертається навколо галактики слідом шляху, приблизно кругового та перпендикулярного до галактичної осі обертання. На повну орбіту потрібно близько 250 мільйонів років.

Ореол охоплює галактику менш щільним сфероїдальним об'ємом, оскільки це регіон із значно меншим пилом та газом. Він містить кульові скупчення, зірки, згруповані за дією сили тяжіння і набагато старші за диск, окремі зірки, а також так звана темна речовина.

Темна матерія - тип матерії, природа якої невідома. Свою назву він зобов’язаний тому, що він не випромінює електромагнітного випромінювання, і його існування було запропоновано пояснити той факт, що зірки назовні рухаються швидше, ніж очікувалося.

Швидкість, з якою рухається зірка відносно центру галактики, залежить від того, як розподіляється речовина, оскільки саме гравітаційне притягання завдяки їй зірка залишається на орбіті. Більш швидка означає, що є більше матерії, яку неможливо побачити: темна матерія.

Цибулина, галактичне ядро ​​і брусок

Окрім диска та ореолу, у галактиці є випинання, центральне випинання або галактичне ядро, де є більша щільність зірок, тому вони є дуже світлими.

Його форма приблизно куляста - хоча форма Чумацького Шляху більше нагадує арахіс, а в центрі - ядро, складене з чорної діри, що, здається, є загальним у багатьох галактиках, особливо в спіральні.

Об'єкти, що знаходяться в районі ядра, обертаються, як ми вже говорили, набагато швидше, ніж ті, що знаходяться далі. Там швидкість пропорційна відстані до центру.

Деякі спіральні галактики, як наша, мають планку, будову, яка проходить через центр і з якої виходять спіральні руки. Спіральні галактики більше заборонених, ніж необрізні.

Вважається, що стрижні дозволяють транспортувати речовину від кінців до цибулини, згущуючи її, сприяючи утворенню зірок у ядрі.

Малюнок 3. Компоненти Чумацького Шляху. Сонце перебуває в одному з вікон і має обертальний рух навколо центру галактики, а також вертикальний рух. Джерело: Wikimedia Commons.

Типи галактик

Перше, що цінується при спостереженні галактик через телескоп, - це їх форма. Наприклад, велика галактика Андромеда має спіральну форму, тоді як її супутник NGC 147 - еліптична.

Система класифікації галактик ґрунтується на їхній формі, і найбільш використовуваною сьогодні є камертон або послідовність Хаббла, створена близько 1926 року Едвіном Хабблом, а згодом модифікована ним самим та іншими астрономами, оскільки з'явилася нова інформація.

Хаббл розробив схему, вважаючи, що вона представляє собою певну еволюцію галактики, але сьогодні відомо, що це не так. Букви використовуються в послідовності для позначення галактик: E для еліптичних галактик, S для спіральних галактик і Irr для неправильної форми.

Малюнок 4. Камертон. Джерело: Wikimedia Commons.

Еліптичні галактики

Зліва, на шиї камертона, розташовані еліптичні галактики, представлені буквою E. Зірки, що їх складають, розподілені більш-менш рівномірно.

Цифра, що супроводжує букву, вказує на те, наскільки еліптична галактика є -еліптичністю, починаючи з Е0, який є найбільш сферичним, до Е7, який є найповнішим. Не спостерігали галактик з еліптичністю більше 7. Позначення цього параметра як:

Є = 1 - (β / ɑ)

З α і β як видимі головні та другорядні напівосі відповідно еліпса. Однак ця інформація є відносною, оскільки ми маємо лише погляд із Землі. Наприклад, неможливо дізнатися, чи є галактика, зображена на краю, еліптичною, лінзоподібною або спіральною.

Гігантські еліптичні галактики - одні з найбільших об'єктів у Всесвіті. Їх найпростіше спостерігати, хоча значно менші версії, які називаються карликовими еліптичними галактиками, набагато рясніші.

Малюнок 5. Еліптична галактика NGC 1316 у сузір'ї Форнакс, що зливається з іншою меншою галактикою. Джерело: Кредитний імідж: NASA / JPL-Caltech / CTIO.

Сочевичні та спіральні галактики

Сочевичні галактики мають дископодібну форму, без спіральних рукавів, але вони можуть бути заборонені. Їх номенклатура - S0 або SB0, і вони знаходяться прямо у розрізі фігури. Залежно від кількості пилу (зони високої поглинання) на вашому диску вони поділяються на S01, SB01 на S03 та SB03.

Галактики S є власне спіральними галактиками, тоді як SB - це спіралеподібні спіральні галактики, оскільки спіралі, здається, виступають з бруска через центральну опуклість. Переважна більшість галактик має таку форму.

Обидва класи галактик відрізняються в свою чергу за ступенем легкості спіральних рукавів і позначені малим регістром. Вони визначаються, порівнюючи розмір найбільшої опуклості з довжиною диска: L опуклість / L диск.

Малюнок 6. Прекрасна спіральна галактика Андромеда в сузір’ї Кассіопеї. Джерело: Wikimedia Commons Image від NASA).

Наприклад, якщо цей коефіцієнт дорівнює ≈ 0,3, галактики позначаються як Sa, якщо це проста спіраль, або SBa, якщо вона заборонена. У них спіралі виявляються більш жорсткими, а концентрація зірок на озброєнні - більш немічною.

Коли послідовність продовжується праворуч, спіралі виглядають слабшими. Коефіцієнт випинання / диска для цих галактик становить: L опуклість / L диск ≈ 0,05.

Якщо галактика має проміжні характеристики, можна додати до двох малих літер. Наприклад, Чумацький Шлях деякі класифікують як SBbc.

Нерегулярні галактики

Це галактики, форма яких не відповідає жодному з описаних вище шаблонів.

Сам Хаббл розділив їх на дві групи: Ірр І та Ірр II, де перші лише трохи більш організовані, ніж другі, оскільки вони мають щось, що нагадує форму спіральних рук.

Галактики Ірр II є, можна сказати, аморфними і не мають впізнаваної внутрішньої структури. І Ірр І, і Ірр II зазвичай менші за еліптичні галактики або величні спіральні галактики. Деякі автори вважають за краще називати їх карликовими галактиками. Серед найбільш відомих нерегулярних галактик - сусідні Магелланові Хмари, віднесені до Ірр.

Рисунок 7. Нерегулярна галактика NGC 5408, виявлена ​​в сузір’ї Кентавра Джоном Гершелем у 1834 р. Спочатку вважалося, що це планетарна туманність. Джерело: Wikimedia Commons.

Після опублікування послідовності Хаббла французький астроном Жерар де Волеур (1918-1995) запропонував зняти номенклатуру Ірр I та Ірр II і назвати Ірр І, які мають кілька спіральних озброєнь, як галактики Sd - SBd, Sm - SBm або Im ("m" - це магелланова галактика).

Нарешті, галактики, форма яких справді нерегулярна і без сліду спіралей, просто називаються Го. З цим сучасна класифікація залишилася такою:

Як утворюються галактики?

Сьогодні утворення галактики є предметом активної дискусії. Космологи вважають, що ранній Всесвіт був досить темним, наповненим хмарами газу та темною речовиною. Це пов’язано з теорією, що перші зірки утворилися протягом кількох сотень мільйонів років після Великого вибуху.

Після того, як механізм зоряного виробництва буде введений в дію, виявляється, що темпи мають злети і падіння. А оскільки зірки - це те, що утворюють галактики, існують різні механізми, які призводять до утворення галактик.

Гравітаційне тяжіння - це первинна сила, яка рухає утворення космічних об'єктів. Невелике скупчення речовини в якийсь момент привертає більше речовини, і воно починає накопичуватися.

Вважається, що Чумацький Шлях почався саме так: невеликі скупчення речовини, що врешті-решт породили кульові скупчення ореолу, серед яких є найдавніші зірки в галактиці.

Обертання притаманне накопиченню маси, що слідувала за цим початковим періодом утворення зірки. А при обертанні створюється імпульс кута, збереження якого спричинило обвал сферичної маси, перетворюючи її на плоский диск.

Галактики можуть збільшуватися в розмірах за рахунок злиття з іншими меншими галактиками. Вважається, що це стосується сьогодні Чумацького Шляху та його менших сусідів, магелланових хмар.

Ще одне злиття, яке очікується в дуже далекому майбутньому, - зіткнення з Андромедою, яке, на відміну від більшості галактик, замикається на нас. В даний час Андромеда знаходиться в 2,2 мільйона світлових років.

Скільки галактик є у Всесвіті?

Хоча більша частина простору порожня, за деякими оцінками є мільйони галактик, можливо, 100 трлн. Інші оцінюють 2 трлн галактик. Більша частина Всесвіту залишається недослідженою, і на це питання немає точної відповіді.

Всього за 12 днів космічний телескоп Хаббл знайшов 10 000 галактик найрізноманітніших форм. Фактична загальна галактика у Всесвіті невідома. Під час спостереження за допомогою телескопа необхідно підкреслити, що ви йдете далі не тільки вдалині, але і в часі.

Сонячне світло, яке ми бачимо, зайняло 8,5 хвилин, щоб дістатися до нас. Погляд Андромеди, який ми спостерігаємо в бінокль, - це погляд 2,2 мільйона років тому. Ось чому те, що ми бачимо з Землі, знаходиться в межах спостережуваного Всесвіту. Наразі немає способу побачити, що лежить за межами.

Один із способів оцінити, скільки галактик існує у спостережуваному Всесвіті - це зробити надзвичайно глибокі польові знімки з Хаббла чи XDF, які представляють собою невелику область небесної сфери.

В одному з таких знімків було виявлено 5500 галактик за 13,2 мільярда світлових років. Помноживши цю величину на кількість XDF для всієї небесної сфери, вони оцінили згадані 100 000 мільйонів галактик.

Все вказує на те, що в колишні часи було більше галактик, ніж зараз, але менші, сині та більш неправильної форми, ніж елегантні спіральні галактики, які ми бачимо сьогодні.

Приклади галактик

Незважаючи на величезний розмір, галактики не є одиночними, а скоріше об'єднані в ієрархічні структури.

Чумацький Шлях належить до так званої Місцевої групи, в якій всі члени - близько 54 - знаходяться на відстані не більше 1 Мега-парсек. Тоді щільність галактик зменшується до появи іншого кластера, схожого на Локальну групу.

Серед величезного різноманіття знайдених галактик варто виділити кілька дивовижних прикладів їх особливостей:

Гігантські еліптичні галактики

Найбільші галактики, знайдені до цього часу, знаходяться в центрі скупчень галактик. Вони - це величезні еліптичні галактики, сила тяжіння яких тягне інші галактики, охоплюючи їх. У цих галактиках швидкість утворення зірок дуже низька, тому для продовження зростання вони захоплюють інших.

Активні галактики

Активні галактики, на відміну від більш нормальних і тихих, як Чумацький Шлях, випромінюють частоти дуже високої енергії, набагато вищі, ніж ті, які випромінюють ядра зірок, поширені в будь-якій галактиці.

Ці високоенергетичні частоти, потужність яких еквівалентна мільярдам сонця, виходять з ядра таких об'єктів, як квазари, виявлені в 1963 році. Дивно, але квазар, один з найяскравіших об'єктів у Всесвіті, здатний підтримувати цю швидкість протягом мільйонів років.

Галактики Сейферта - ще один приклад діючих галактик. Поки що їх виявлено кілька сотень. Її ядро ​​випромінює високоіонізоване випромінювання, змінне за часом.

Малюнок 8. Галактика Сейферта М 106. Джерело: Вікісховище. Рентген: NASA / CXC / Univ. Maryland / AS Wilson et al .; Оптичний: Pal.Obs. DSS; ІЧ: NASA / JPL-Caltech; VLA: NRAO / AUI / NSF

Вважається, що неподалік від центру величезна кількість газоподібного матеріалу просувається до центральної чорної діри. Втрати маси вивільняють променисту енергію в рентгенівському спектрі.

Радіо галактики - це еліптичні галактики, які випромінюють велику кількість радіочастот, у десять тисяч разів більше, ніж звичайні галактики. У цих галактиках є джерела - радіолепетки - пов'язані нитками речовини з ядром галактики, які випромінюють електрони за наявності напруженого магнітного поля.

Список літератури

1. Керролл, Б. Вступ до сучасної астрофізики. 2-й. Видання. Пірсон. 874-1037.
2. Галактика. Відновлено з: es.wikipedia.org
3. Як це працює. 2016. Книга космосу. 8-й. Ред. Уявіть, що видання ТОВ 134-150.
4. Галактики. Відновлено з: astrofisica.cl/astronomiaparatodos.
5. Остер, Л. 1984. Сучасна астрономія. Редакційна реверте. 315-394.
6. Pasachoff, J. 1992. Зірки і планети. Пітерсон Польові путівники. 148-154.
7. Квора. Скільки там галактик? Відновлено з: es.quora.com.
8. Лінійка для вимірювання Всесвіту. Відновлено: henrietta.iaa.es
9. Що таке галактика? Отримано з: spaceplace.nasa.gov.