Галактика, наш звездный дом
Скопления звездных систем, связанных между собой силами гравитации, называют галактикой. Это самое примитивное описание данного явления, но в то же время наиболее точно отражающее его сущность. Галактики могут быть не очень большими, состоящими из нескольких миллиардов светил, но бывают и гигантскими монстрами, включающими в себя триллионы звезд.
В качестве примера можно привести карликовую галактику Малое Магелланово облако (1,5 миллиарда звезд) и мегаобразование – спиральную галактику с безликим названием NGC 6872. Точное количество звезд подсчитать в ней затруднительно из-за гигантских размеров, но то, что счет идет на триллионы, не вызывает сомнения.
Чтобы более наглядно представить себе необозримость этого монстра, можно сравнить ее с нашей большой космической родиной – Млечным Путем (в этой галактике находится Солнечная система):
- размер Млечного Пути составляет 100-120 тыс. световых лет в диаметре и он тоже считается далеко не маленьким образованием;
- облет галактики NGC 6872 по такому же маршруту займет ни много ни мало 500 тыс. световых лет.
Кстати, многие галактики также связаны между собой гравитацией и живут (вращаются) в едином ритме. В нашем скоплении галактик кроме нас присутствуют Андромеда (диаметр 200 тыс. световых лет), галактики Треугольника (50 тыс. световых лет) и еще ряд спутниковых образований, так называемых карликовых галактик.
Итак, с галактиками немного разобрались. Теперь, чтобы понять, в чем отличие галактики от вселенной, следует поговорить о самой вселенной.
Виды галактик
При использовании мощные телескопы, большинство галактик обнаруживается только смешанные все звезды свет; Однако ближайший показ отдельных звезд. Галактик являются различными способами. В 1930 году Эдвин Хаббл классифицированы галактик в эллиптическую, спиральные или нерегулярных. Первые два класса являются более частыми.
Эллиптические галактики
Некоторые галактики имеют шарообразную полный профиль с яркими ядро. Эти галактики, эллиптические звонков, обычно содержат большое количество старых звёзд, мало газа и пыли и некоторые звезды новой формации. Эллиптические галактики имеют большое разнообразие размеров, от гигантов Гномы. На фото, эллиптическая Галактика шляпа Хаббл символизировал эллиптические галактики с буквой Е и разделить их восемь классов, от E0, почти шаровидные, до E7, usiformes. В эллиптических галактик, которые звезды концентрации уменьшается от ядра, которая является небольшой и очень яркий, к ее краям.
Спиральные галактики
Спиральные галактики плоские диски, которые содержат не только некоторые старые звезды, но и большое количество молодых звезд, достаточно газа и пыли, и молекулярных облаков, которые являются рождения звёзд. Как правило слабых старые звезды гало окружает диск и часто небольших ядерных выпуклость, создающего две струи энергии в противоположных направлениях. Спиральные галактики обозначаются буквой S (спираль). В зависимости от развития мелких или крупных, проведение каждой руки, назначается буква а, b или c (Sa, Sb, Sc, SBa, SBb, SBc). Есть другие промежуточные между эллиптической и спиральных галактик, называется линзовидная или нормальный линзовидные, определены как ОС и классифицируются в группы СО1, SO2 и SO3. В то же время являются решетками линзовидные (СПО), которые подразделяются на три группы, согласно представить более или менее определены и яркий бар.
Неправильные галактики
Неправильные галактики, символизировал с буквой I или идти, хотя они имеют тенденцию быть гнома или общие. Эти галактик, которые не имеют четкой структуры и симметрии, включены в эту группу. Они классифицируются как нерегулярные типа 1 или Magellan, которые содержат большое количество молодых звезд и межзвездной материи и неправильные галактики типа 2, реже и содержание которых трудно определить. Неправильные галактики обычно рядом с больших галактик и часто содержат большое количество молодых звёзд, газа и космической пыли.
Цефеида RS Кормы
Эта звезда ритмично пульсирует, изменяя свой блеск за 41,4 дня почти на одну звездную величину. При пульсации меняется не только ее светимость, но и размер. График данного процесса выглядит идеально ровным, повторяясь от периода к периоду в точности. Такое свойство не является уникальным. Звезда принадлежит к цефеидам — известному классу переменных звезд (первая открытая представительница класса — дельта Цефея). Примечательна отражательная туманность, в которую закутана звезда. В ней тоже наблюдается интересный эффект светового эха. Звезда меняет блеск, за ней эти изменения повторяет и туманность, но с запозданием, поскольку даже свету с его максимальной в природе скоростью требуется время, чтобы добраться до краев туманности.
Периоды изменения блеска цефеид строго зависят от их светимости. Зная их, можно узнать светимость звезды и, оценив видимый блеск, вычислить расстояние до нее и других объектов. Световое эхо уточнило эти оценки. Теперь мы лучше знаем расстояния во всей Вселенной.
Как увидеть другую галактику?
Человеческая интуиция подсказывает, что далекие астрономические объекты должны казаться на небе меньше, чем близлежащие объекты. Но интуиция, как правило, не лучший помощник при работе с незнакомыми масштабами и структурами далекой Вселенной. В нашей Солнечной системе только Солнце, Луна и случайные кометы имеют ярко выраженный размер, который можно разглядеть невооруженным глазом. Планеты же — это просто точки.
Эта закономерность продолжается по мере удаления от Земли. Ближайшее крупное скопление галактик — скопление Девы, содержащее около 1 500 галактик; оно настолько велико, что заполняет все созвездие, в честь которого названо. Скопление Девы является частью более крупного, Сверхскопления Девы, которое включает в себя наш Млечный Путь. Сверхскопление Девы, в свою очередь, является подмножеством еще большего сверхскопления под названием Ланиакея, одной из крупнейших структур в известной Вселенной.
Возьмем, к примеру, недавнюю комету NEOWISE, которую можно было наблюдать с Земли. Твердая часть кометы крошечная, не более 5 километров в ширину, как же мы ее увидели? Дело в том, что газ и пыль, которые «выкипели» из кометы и образовали ее общий след в окружающей среде — распространились в миллион раз дальше.
Пылевые и ионные хвосты кометы NEOWISE были легко видны с Земли, хотя сама комета была настолько маленькой, что даже космический телескоп Хаббл не смог ее увидеть
История открытия
Схема устройства Галактики из статьи Гершеля «On the Construction of the Heavens», 1785
История открытия галактики Млечный Путь и открытия множественности галактик во Вселенной связано с именами выдающихся учёных. К таковым относятся:
- Уильям Гершель (1738 – 1822), британец немецкого происхождения, астроном: открыл планетe Уран, а также инфракрасное излучение, исследовал дальний космос;
- Иммануил Кант (1724 –1804), немецкий философ, выдвинул научную гипотезу о звёздных туманностях;
- Харлоу Шепли (1885 – 1972), американский учёный, исследовал переменные звёзды Млечного Пути и других галактик, открыл большое число переменных звёзд в шаровых звёздных скоплениях, исследовал строение галактики Млечный Путь;
- Эрнст Эпик (1893 – 1985), эстонский астроном-астрофизик, исследовал спиральные туманности;
- Эдвин Хаббл (1889 – 1953), американский астрофизик, проводил масштабные исследования галактик.
Астрономическая наука развивалась с древнейших времён посредством наблюдений за небосводом. На основании этих наблюдений учёные старались понять, как устроена Вселенная.
В основу понимания устройства Вселенной легла следующая цепь логических рассуждений: Луна вращается вокруг Земли и составляет систему планета – спутник, другие большие планеты Солнечной системы также имеют свои спутники и также формируют системы планета – спутники; далее планета Земля и другие планеты вращаются вокруг Солнца и образуют Солнечную систему; отсюда появляется вопрос: входит ли Солнце вместе с планетами Солнечной системы в систему большего размера?
Уильям Гершель первым из учёных провёл систематическое научное исследование данного вопроса. Он занимался подсчётом звёзд в различных областях неба. На основании своих астрономических наблюдений У. Гершель открыл на небосводе большой круг, который делит небо на две части, равные между собой. Количество звёзд, расположенных на этом круге, оказывается наибольшим.
Немецкий философ Иммануил Кант также внес вклад в концепцию понимания устройства Вселенной. Он выдвинул предположение, что отдельные туманности могут быть галактиками, такими как Млечный путь.
Данная идея Канта получила окончательное доказательство в 20-е годы 20 века
В это время два выдающихся учёных-астрофизика Эрнст Эпик и Эдвин Хаббл смогли измерить расстояние до некоторых туманностей, имеющих форму спирали, и, что самое важное – доказали, что данные космические объекты слишком удалены и поэтому не могут являться частью галактики Млечный Путь
Основные характеристики и параметры Млечного пути
Возраст Млечного пути 13, 6 миллиарда лет, считается, что она одна из древнейших галактик вселенной. Радиус галактического диска не однороден, он составляет от 15,5 до 27.5 парсеков от центра галактики. Но это лишь малая часть галактики. Основную её часто составляет тёмная материя. Гало намного больше видимой части галактики. Общий диаметр Млечного пути составляет 582 582.781 парсек. Млечный путь светиться ярко. Это сравнимо с яркостью 10 000 000 000 солнц. По расчётам, рукава вращаются вокруг ядра со скоростью 230 км/с. С этой крутятся рукава, но некоторые звёзды и планетарные системы обладают своей скоростью. Такие звёзды могут проходить сквозь рукава галактики и при этом сталкиваться и иначе взаимодействовать. По подсчётам исследователей масса Млечного пути составляет 2,98 x 10⁴₂ кг. что превышает массу Солнца в 1.5 триллиона раз.
| Тип | Спиральная галактика с баром |
| Масса | (1–2)⋅1012 M☉ |
| Радиус | 50 тыс. св. лет (16 кпк) |
| Абсолютная звёздная величина | −20,9m |
Туманность NGC 5189
Планетарные туманности получили название потому, что первые из найденных объектов такого типа выглядели в телескоп правильными дисками, напоминающими диски планет. Более совершенная оптика, а главное, фотография, показала их сложную структуру, часто совсем не похожую на идеальный диск. Однако объединяет планетарные туманности в один класс вовсе не форма, а происхождение — все они представляют собой сброшенные оболочки звезд.
Одна из планетарных туманностей успешно замаскировалась совсем под другой тип астрономических объектов. NGC 5189, расположенную в южном созвездии Муха, при наблюдении в небольшой инструмент легко спутать со спиральной галактикой. Она напоминает букву S.
Сложная форма туманности может быть объяснена существованием звезды-компаньона у ее центральной звезды, доживающей свои дни в виде белого карлика. Гравитация второй звезды, вращающейся вокруг белого карлика, могла закрутить вещество в такие спирали. Однако этот гипотетический спутник пока не обнаружен.
Мир галактик
Итак, как уже было отмечено, галактика – это одна из главнейших структур в составе Вселенной. Образование галактических систем является естественным процессом, на который уходит много времени. Все началось с появления протоскоплений – облаков, состоящих из газа и пыли, из которых образуются звездные скопления. Динамические процессы в них способствовали выделению галактических групп. Известно, что галактики могут иметь различные формы. Это объясняется отличием первостепенных условий их формирования.
Абсолютно в каждой галактической системе выделяют два поколения звезд. Первое – гелиево-водородные объекты, в составе которых также содержится незначительное количество тяжелых металлов. Иными словами – это самые старые звезды. К другому поколению относят объекты, обогащенные тяжелыми металлами. Такие звезды формируются из межзвездного газа.
Образование звезд происходит при сжатии галактической системы. Как правило, для данного процесса необходимо 3 млрд. лет. За это время облако газа превращается в звездную систему. В результате гравитационной силы газовое облако сжимается. В тот момент, когда в его центральной части плотность и температура достигают определенных показателей, происходит термоядерный взрыв и появляется новая звезда.
Процесс образования звезды из газопылевого облака Источник
Мир галактик настолько велик, что ученые до сих пор затрудняются ответить, сколько же таких структур существует во Вселенной. Принято считать, что их около 100 млрд., а в пространстве они располагаются неравномерно. Практически 95% из них сливаются в группы, образуя скопления и сверхскопления галактик. В каждом таком скоплении имеется главная эллиптическая или спиралевидная галактика. Ее гравитационные силы настолько мощные, что она притягивает к себе остальных «спутников», тем самым разрушая их поле гравитации.
В космическом пространстве наблюдается постоянное перемещение и взаимодействие галактических систем между собой. Иногда происходит их столкновение и тогда одна галактика поглощает другую, а в космос выбрасывается огромное количество энергии. Бывает, что галактики проходят рядом друг с другом и только слегка меняют свою структуру.
Структура Вселенной
Вселенная необъятна, ее размеры невообразимы, но научный подход предполагает, что любое сложное понятие можно разложить «по полочкам» — структурировать, выделить более простые и понятные составные части. Так какая структура у Вселенной, какое ее строение? Примите за аналогию ваш почтовый адрес: вы пишите страну, затем область, населенный пункт, улицу, номер дома и, наконец, номер квартиры. Заметьте, самым крупным понятием в адресе является название страны. Так произошло, потому что следующим, более крупным, обобщающим понятием является название нашей планеты. Но в рамках почтового адреса указывать планету не имеет смысла, потому что и так понятно, что все люди живут на Земле.
А теперь попробуем узнать «адрес» Земли во Вселенной, но пойдем поступательно от меньшего в большему.
Планетарная система
Земля находится в Солнечной системе. В центре системы расположена звезда Солнце, а все прочие космические объекты системы под действием гравитации вращаются вокруг нее. Это обусловлено тем, что масса звезды составляет 99,866% от массы всей системы. Под прочими космическими объектами подразумеваются планеты со спутниками, карликовые планеты и малые тела навроде астероидов.
Галактика
Галактика — это связанная гравитацией система из звезд с их планетарными системами, межзвездного газа и пыли. Все объекты в галактике движутся вокруг общего центра масс. А Солнечная система входит в состав галактики Млечный Путь. По типу (и форме) наша галактика — спиральная с перемычкой, поэтому выделяются так называемые галактические рукава. В Млечном Пути таких рукавов пять (в порядке удаленности от ядра галактики): Лебедя, Центавра, Стрельца, Ориона и Персея. Солнечная система — в рукаве Ориона.
Скопление галактик
Системы галактик, как можно предположить из предыдущих понятий, тоже связаны гравитацией. Увеличиваются массы и расстояния, но принцип сохраняется. Три крупные галактики (наш Млечный путь, а также Андромеда и Треугольник) и несколько десятков соседних карликовых галактик составляют Местную группу галактик. В поперечнике Местная группа имеет около 1 мегапарсека, а ее центр масс — на границе галактик Млечный Путь и Андромеда.
Сверхскопление галактик
Если сгруппировать скопления галактик, то получатся сверхскопления галактик! Сверхскопления включают в себя множество скоплений и межзвездное пространство между ними. Например, Сверхскопление Девы имеет размер около 200 миллионов световых лет и включает в себя порядка 100 групп и скоплений. Оно известно и под другим названием: как Местное сверхскопление галактик, потому что именно в него входит Местная группа галактик, а, значит, в конечном итоге и Земля. Сверхскопление Девы притягивается к Великому Аттрактору, который выступает в роли гравитационного центра и обладает массой в десятки тысяч Млечных Путей. То и другое является частью Ланиакеи, еще большего сверхскопления. Если продолжить укрупнение, то Ланиакея — часть комплекса сверхскоплений Рыб-Кита.
Галактическая нить
Галактическая нить — самое крупное структурное понятие во Вселенной. Другие названия: филамент («нить» в переводе с английского) или комплекс сверхскоплений. Также нить может называться стеной, если одна из ее полуосей в продольном сечении существенно превышает другую. Пустоты между галактическими нитями называются войдами, т.е. именно что пустотами, которые, как предполагается, заполнены темной материей. Определены и найдены следующие галактические нити: Нить Волосы Вероники, Нить Персея-Пегаса, Нить Большой Медведицы, Нить Рыси-Большой Медведицы, Великая стена CfA2 (Великая Северная Стена), Стена Скульптора (Великая Южная Стена), Великая стена Слоуна, Великая стена Геркулес-Северная Корона, Стена Журавль, Стена Печь. Общее количество открытых галактических нитей укладывается всего-навсего в полтора десятка, но можно ожидать скорые новые открытия. А какая же из них — «родная» нам? Нить Персея-Пегаса! Она образуется из двух сверхскоплений галактик: нашего сверхскопления Рыб-Кита и соседнего Персея-Рыб.
В итоге, «космический адрес» нашей планеты во Вселенной такой: Галактическая Нить Персея-Пегаса, комплекс сверхскоплений Рыб-Кита, Ланиакея, сверхскопление Девы, Местная группа галактик, галактика Млечный Путь, рукав Ориона, Солнечная система, планета Земля. До востребования!