Доклад: Галактики и их излучения

Тольяттинский Государственный Университет

Доклад

по концепции современного естествознания на тему:

«Галактики и их излучения»

студентки II курса

факультета иностранных языков

Ошкиной О.В.

2004 г

Острова Вселенной: галактики. Общее представление о галактиках и их излучении.

Вскоре после изобретения телескопа внимание наблюдателей при­влекли

многочисленные светлые пятна туманного вида, так и назван­ные туманностями,

видимые в разных созвездиях неизменно в одних и тех же местах. С помощью

сильных телескопов В. Гершель и его сын Джон открыли множество таких туманных

пятен, а к концу прошлого века было обнаружено, что некоторые из них имеют

спиральную форму. Но долго оставалось загадкой, что представляют собой эти

тyманности. Только в 20-е гг. ХХ в. с помощью крупнейших в то время

телескопов удалось разложить туманности на звезды. Стало ясно, что тyманности

- это не облака пыли, светящиеся отраженным светом, и не облака разреженного

газа, а чрезвычайно далекие звездные систе­мы, в которых звезд нecpaвненно

больше, чем в близких к Солнцу шаровых скоплениях.

Галактики - это гигантские звездные системы (примерно до 1013 звезд).

Такого же порядка (n = 13) и массы галактик по отношению к массе Солнца.

Некоторые галактики можно разглядеть в хороший бинокль. Га­лактику Андромеды,

большую по размерам и находящуюся достаточ­но близко к Солнцу (всего в 1,5 млн

световых лет), в состоянии увидеть человек с хорошим зрением: это размытое

пятно в созвездии Андромеды.

Современные телескопы позволяют отыскать сотни миллионов других галактик.

Строение их различно. Но наиболее характерна и примечательна одна форма -

уплощенный диск с выпук­лостью в центре, откуда исходят спиральные рукава.

Галактика Анд­ромеды, как и наша собственная, принадлежит к спиральному типу

галактик. Солнечная система расположена в одном из спиральных рукавов

Галактики на расстоянии примерно двух третей ее радиуса от центра. Следует

помнить, что, наблюдая Вселенную, мы видим галактики не такими, какие они

есть теперь, а такими, какими они были в далеком прошлом. Ведь свет от них

приходит к нам через пространство в миллионы и миллионы километров, на

преодоление которого он затрачивает миллионы лет. Свет от ближайшей к нам

галактики Андромеды достигает Земли через 1,5 млн лет. С помощью больших

телескопов можно наблюдать еще намного более далекие галактики, и мы видим их

такими, какими они были миллиарды лет назад. Рас­стояние до самых дальних из

наблюдаемых в настоящее время галак­тик - свыше 10 млрд световых лет.

Изучение мира галактик является сейчас наиболее бурно развива­ющейся областью

астрономии. Именно в этой области происходят наиболее поразительные открытия,

которые подводят нас к раскры­тию глубинных тайн Вселенной, загадок, наиболее

потрясающих во­ображение. Изучение галактик требует максимально мощных

инстру­ментов, в частности, оптических телескопов с зеркалом диаметром более

метра, а также новейших средств и методов исследования сла­бых объектов (в

частности, радиоастрономии). Велики не только размеры галактик и расстояния

до них, велико и количество галактик, которые наблюдаются астрономами. Так,

самый большой 6-метровый телескоп позволяет сфотографировать миллиарды

галактик. В хорошо исследованной области пространства, на расстояниях 1500

Мпк, находится сейчас несколько миллиардов галактик. Таким образом,

наблюдаемая нами областъ Вселенной - это прежде всего мир галактик.

Одна из центральных проблем внегалактической астрономии связана с

определением расстояний до галактик и размеров самих галактик. Расстояния до

ближайших галактик, которые можно разложить на звезды, определяются по их

светимости. Сложнее оценить расстояние до далеких галактик.

В 1912 г. американский астроном В. Слайфер обнаружил эффект красного смещения

в спектрах далеких галактик: их спектральные линии оказались смещенными к

длинноволновому (красному) краю по сравнению с такими же линиями в спектрах

источников, непо­движных относительно наблюдателя. В 1929 г. американский

астро­ном Э. Хаббл, сравнивая расстояния до галактик и их красные смеще­ния,

обнаружил, что последние растут в среднем пропорционально расстояниям (закон

Хаббла). Этот закон дал астрономам эффектив­ный метод определения расстояний

до галактик по следующей фор­муле:

r = c z/ H (Мпк),

где r - расстояние до галактики; с - скорость света; z = (λпр –

λис) / λис; Н - постоянная

Хаббла.

По современной оценке, постоянная Хаббла (отношение скорости удаления (V)

внегалактических источников к расстоянию (R) до них Н = V/ R) составляет от

50 до 100 км/(с*Мпк). В настоящее время измерены красные смещения тысяч

галактик и квазаров.

Определение расстояний до галактик и их положения на небе позволило сделать

еще один вывод. Оказалось, что большинство га­лактик входит в группировки,

которые насчитывают от нескольких галактик (группа галактик) до сотен и тысяч

галактик (скопление галак­тик) и даже облака скоплений (сверхскопления).

Наблюдаются и одиночные галактики, но они относительно редки (не более 10%).

Дру­гими словами, если галактики - это «острова Вселенной», то они, как

правило, объединены в архипелаги.

Размеры галактик тоже различны. Есть галактики-карлики в несколько десятков

световых лет и галактики-великаны с поперечником до 18 млн световых лет.

Средние расстояния между галактиками в группах и скоплениях примерно в 10-20

раз больше, чем размеры крупнейших галактик. Расстояния между скоплениями

галактик составляют десятки мега­парсек. Таким образом, галактики заполняют

пространство с большей отноcительной плотностью, чем звезды во

внутригалактическом простран­стве (расстояния между звездами в среднем в 20

млн раз больше их диаметра).

Наиболее исследована Местная группа галактик, в которой самы­ми яркими

являются наша Галактика и туманность Андромеды. Во­круг них, в свою очередь,

располагаются еще целые семейства галактик. Так, в семейство нашей Галактики

входят 14 карликовых эллип­тических галактик, несколько внегалактических

шаровых скоплений и ряд так называемых неправильных галактик, среди которых

круп­нейшие Магеллановы Облака (Большое и Малое). Недавно открыта новая

галактика, которая находится от нас на расстоянии всего 55 тыс. световых лет.

Ее назвали Сникерс (усмешка, ухмылка). Не­сколько меньшее семейство у

туманности Андромеды (одна спираль­ная, две эллиптические и несколько

карликовых).

Ближайшие соседние группы галактик располагаются в 2-5 Мпк от Местной группы

и по составу похожи на нее. В пределах 10-20 Мпк около нашей Галактики

обнаружено несколько десятков групп галак­тик. Ближайшее крупное скопление

галактик находится в созвездии Девы на расстоянии около 20 Мпк. В это

скопление входит около 200 галактик средней и высокой светимости. Скопление в

созвездии Девы представляет собой, по-видимому, центральное сгущение еще

более крупной системы галактик - сверхскопления галактик. (Уже давно

замечено, что яркие галактики расположены по небу не беспо­рядочно, а поясом,

который можно назвать Млечным Путем галак­тик.) Общее число галактик нашего

сверхскопления, исключая кар­ликовые, около 20 000, диаметр его около 60 Мпк.

Ближайшие соседи нашего Сверхскопления - сверхскопления в созвездии Льва (на

рас­стоянии 140 Мпк) и в созвездии Геркулеса (190 Мпк). В настоящее время

выявлено свыше полусотни сверхскоплений галактик. Чрезвычайно многообразны и

формы галактик. Типология форм галактик, разработанная еще Э. Хабблом, в

основном сохранилась до настоящего времени, хотя, конечно, за прошедшие

десятилетия были обнаружены и новые типы галактик. Хаббл выделял три

основ­ных типа галактик:

Ø эллиптическиe, имеющие круглую или эллиптическую форму

(обо­значаются Е); это наиболее простые галактики, не содержащие горя­чих

звезд, сверхгигантов, пыли и газовых туманностей; в центре их нет ядра;

Ø спиральные, которые Хаббл разбил на два семейства - обычные (S)

и пересеченные (SВ). У первых ветви выходят непосредственно из ядра; у вторых

ядро пересечено широкой, яркой полосой, называе­мой перемычкой или баром;

спиральные ветви отходят от концов бара;

Ø неправильные галактики (Ir) имеют клочковатое строение и

непра­вильную форму; яркость и светимость их невелики; они изобилуют горячими

сверхгигантами, газовыми туманностями и пылью (напри­мер, Большое и Малое

Магеллановы Облака); к неправильным галак­тикам относятся также

взаимодействующие галактики; большинство неправильных галактик - карлики.

Форма и структура галактик связаны с их основными физически­ми

характеристиками: размером, массой, светимостью. И по этим характеристикам

мир галактик оказался поразительно разно­образным.

В центрах галактик обычно сосредоточено огромное количество вещества (до 10 %

всей ее массы). Здесь происходят выбросы большо­го количества вещества, что

приводит к интенсивному движению от центра туч водорода. В отдельных

галактиках ядро, по-видимому, может представлять собой черную дыру.

По нашим человеческим меркам галактики невообразимо огром­ны, но в

космологических масштабах они ничтожно малы. Галак­тики разбросаны по

Вселенной более или менее беспорядочно, од­нако они обычно собраны в

небольшие группы. Подобные группы галактик - «атомы» космологии. Космология

рассматривает пове­дение Вселенной лишь в масштабах такого или более высокого

по­рядков. Процессы, происходящие в отдельных галактиках (хотя они могут быть

очень важными) редко становятся существенными для космологии.

Понятие Метагалактики.

Совокупность галактик всех типов, квазаров, межгалактической среды образует

Метагалактику - доступную наблюдениям часть Все­ленной. Одно из важнейших

свойств Метагалактики - ее постоянное рас­ширение, «разлет» скоплений

галактик. Об этом свойстве Метагалак­тики свидетельствуют «красное смещение»

в спектрах галактик и открытие реликтового излучения (фоновое, независимое от

направ­ления внегалактическое тепловое излучение, соответствующее

тем­пературе около 3 К).

Из явления расширения Метагалактики вытекает важное следст­вие: в прошлом

расстояния между галактиками были меньше. А если учесть, что и сами галактики

в прошлом были протяженными и раз­реженными газовыми облаками, то очевидно,

что миллиарды лет назад границы этих облаков смыкались и образовывали

некоторое единое однородное газовое облако, испытывавшее постоянное

рас­ширение.

Важное свойство Метагалактики - равномерное распределение в ней вещества

(основная масса вещества сосредоточена в звездах). В современном состоянии

Метагалактика - однородна и изотропна, т.е. свойства материи и пространства

одинаковы во всех частях Ме­тагалактики (однородность) и по всем направлениям

(изотропия). Маловероятно, что она была такой в прошлом. В самом начале

рас­ширения Метагалактики анизотропия и неоднородность материи и пространства

вполне могли существовать. Поиски следов анизотропии и неоднородности прошлых

состояний Метагалактики - одна из важнейших проблем современной

внегалактической астрономии. Исчерпывает ли Метагалактика собой всю возможную

материю и пространство? Многие ученые так и считают, утверждая единственность

всей нашей расширяющейся Метагалактики - Вселенной. Но такие утверждения

напоминают космологию Аристотеля, многократ­но повторявшиеся заявления о

единственности Земли со светилами вокруг нее, единственности Солнечной

системы, единственности нашей Галактики и т.д. И потому все чаще

высказывается мысль о множественности «метагалактик», множественности

вселенных, каждая из которых имеет свой собственный набор фундаментальных

физических свойств материи, пространства и времени, свой тип

нестационарности, организации и др. Эти гипотезы не противоречат современным

математическим и физико-теоретическим представлениям. Более того, многие

модели релятивистской космологии зако­номерно подводят к выводам такого рода.

Одна из теоретических посылок для такого вывода связана с тем, что уравнения

ОТО и квантовой физики не дают ответа на вопрос о начальных условиях эволюции

нашей Вселенной. Здесь возможны два варианта:

1) первичное сингулярное состояние вещества из множества по­тенциальных

физических возможностей реализовалось в одну реаль­ную - нашу Метагалактику;

2) во Вселенной осуществляется все многообразие физических условий, явлений и

движений, допускаемых основными физически­ми теориями.

Если допустить вторую возможность, то надо признать, что ре­ально существует

множество вселенных (метагалактик), образовав­шихся в результате «Большого

Взрыва», связанных между собой некими материальными «каналами», о которых мы

пока можем толь­ко догадываться (представления о топосах и др.) и для

познания которых понадобится как минимум завершенная теория супергравитации,

а может даже и некоторая «новая физика».

Литература.

1. Найдыш В.М. «Концепции современного естествознания», М., 1999г.