Лекция
Привет, Вы узнаете о том , что такое структура галактики, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое структура галактики , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Астрономия.
25.1. Собственное движение и лучевые скорости звезд. Пекулярные скорости звезд и Солнца в Галактике. Вращение Галактики.
Сравнение экваториальных координат одних и тех же звезд, определенных через значительные промежутки времени, показало, что α и δ меняются с течением времени. Значительная часть этих изменений вызывается прецессией, нутацией, аберрацией и годичным параллаксом. Если исключить влияние этих причин, то изменения уменьшаются, но не исчезают полностью. Оставшееся смещение звезды на небесной сфере за год называется собственным движением
звезды µ. Оно выражается в сек. дуги в год.
Собственные движения различны у разных звезд по величине и направлению.
Только несколько десятков звезд имеют собственные движения больше 1” в год.
Самое большое известное собственное движение у “летящей” звезды Барнарда
µ = 10”,27. Основное число звезд имеет собственное движение равное сотым и
тысячным долям секунды дуги в год.
За большие промежутки времени, равные десяткам тысяч лет, рисунки созвездий сильно меняются.
Собственное движение звезды происходит по дуге большого круга с постоянной
скоростью. Прямое восхождение изменяется на величину µα, называемую собственным движением по прямому восхождению, а склонение - на величину µδ,
называемую собственным движением по склонению.
Собственное движение звезды вычислятся по формуле:
µ = √(µα
2
+ µδ
2
).
Если известно собственное движение звезды за год и расстояние до нее r в парсеках, то нетрудно вычислить проекцию пространственной скорости звезды на
картинную плоскость. Эта проекция называется тангенциальной скоростью Vt и
вычисляется по формуле:
Vt
= µ”r/206265” пс/год = 4,74 µ r км/с.
чтобы найти пространственную скорость V звезды, необходимо знать ее лучевую скорость Vr
, которая определяется по допплеровскому смещению линий в
спектре звезды. Поскольку Vt и Vr
взаимно перпендикулярны, пространственная скорость звезды равна:
V = √(Vt
2 + Vr
2
).
Самыми быстрыми звездами являются переменные типа RR Лиры. Их средняя
скорость относительно Солнца равна 130 км/с. Однако, эти звезды движутся
против вращения Галактики, поэтому их скорость оказывается малой (250 -130
= 120 км/с). Очень быстрые звезды, со скоростями около 350 км/с относительно
центра Галактики не наблюдаются, потому что скорости 320 км/с достаточно,
чтобы покинуть поле притяжения Галактики или вращаться по сильно вытянутой орбите.
Знание собственных движений и лучевых скоростей звезд позволяет судить о
движениях звезд относительно Солнца, которое тоже движется в пространстве.
Поэтому наблюдаемые движения звезд складываются из двух частей, из которых одна является следствием движения Солнца, а другая - индивидуальным
движением звезды.
Чтбы судить о движениях звезд, следует найти скорость движения Солнца и
исключить ее из наблюдаемых скоростей движения звезд.
Точка на небесной сфере, к которой направлен вектор скорости Солнца называется солнечным апексом, а противоположная точка - антиапексом.
Апекс Солнечной системы находится в созвезди Геркулеса, имеет координаты:
α = 2700
, δ = +300
. В этом направлении Солнце движется со скоростью около 20
км/с, относительно звезд, находящихся от него не далее 100 пс. В течение года
Солнце проходит 630 000 000 км, или 4,2 а.е.
Если какая-то группа звезд движется с одинаковой скоростью, то находясь на
одной из этих везд, нельзя обнаружить общее движение. Иначе обстоит дело,
если скорость меняется так, как будто группа звезд движется вокруг общего
центра. Тогда скорость более близких к центру звезд будет меньшей, чем удаленных от центра. Наблюдаемые лучевые скорости далеких звезд демонстрируют такое движение. Все звезды вместе с Солнцем движутся перпендикулярно
к направлению на центр Галактики. Это движение является следствием общего
вращения Галактики, скорость которого меняется с расстоянием от ее центра
(дифференциальное вращение).
Вращение Галактики имеет следующие особенности:
1. Оно происходит по часовой стрелке, если смотреть на Галактику со стороны
северного ее полюса, находящегося в созвездии Волос Вероники.
2. Угловая скорость вращения убывает по мере удаления от центра.
3. Линейная скорость вращения сначала возрастает по мере удаления от центра.
Затем примерно на расстоянии Солнца достигает наибольшего значения около
250 км/с, после чего медленно убывает.
4. Солнце и звезды в его окрестности совершают полный оборот вокруг центра
Галактики примерно за 230 млн. лет. Этот промежуток времени называется галактическим годом.
Звезды, расположенные вблизи Солнца отличаются большой яркостью и относятся к I типу населения. они обычно находятся во внешних областях Галактики. Звезды, расположенные далеко от Солнца, находящиеся около центра Галактики и в короне относятся ко II типу населения. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Разделение звезд на населения было проведено Бааде при изучении Туманности Андромеды. Самые яркие
звезды населения I - голубые и имеют абсолютные величины до -9m
, а самые
яркие звезды населения II - красные с абс. величиной -3m
. Кроме того население
I характеризуется обилием межзвездного газа и пыли, которые отсутствуют в
населении II.
Детальное разделение звезд в Галактике на населения включает 6 типов:
1. Крайнее население I - включает объекты, содержащиеся в спиральных ветвях.
Сюда относятся межзвездные газ и пыль, сконцентрированные в спиральных
рукавах, из которых образуются звезды. Звезды этого населения очень молоды.
Их возраст составляет 20 - 50 млн. лет. Область существования этих звезд ограничена тонким галактическим слоем: кольцом с внутренним радиусом 5000 пс,
внешним радиусом 15 000 пс и толщиной около 500 пс.
К этим звездам относятся звезды спектральных классов от О до В2, сверхгиганты поздних спектральных классов, звезды типа Вольфа-Райе, эмиссионные
звезды класса В, звездные ассоциации, переменные типа Т Тельца.
2. Звезды обычного населения I немного старше, их возраст 2-3 космических
года. Они удалились от спиральных рукавов и часто находятся вблизи центральной плоскости Галактики.
К ним относятся звезды подклассов от В3 до В8 и нормальные звезды класса А,
расс. скопления со звездами этих же классов, звезды классов от А до F с сильными линиями металлов, менее яркие красные сверхгиганты.
3. Звезды населения диска. Их возраст от 1 до 5 млрд. лет, т.е. 5-25 космических
лет. К этим звездам относится и Солнце. К этому населению относится множетсво малозаметных звезд, находящихся в пределах 1000 пс от центральной плоскости в галактическом поясе с внутренним радиусом 5000 пс и внешним радиусом 15 000 пс. К этим звездам относятся обычные гиганты классов от G до К,
звезды главной последовательности классов от G до К, долгопериодические
переменные, с периодами более 250 суток, полуправильные переменные звезды,
планетарные туманности, новые звезды, старые рассеянные скопления.
4. Звезды промежуточного населения II включают объекты находящиеся на расстояниях свыше 1000 пс по обе стороны от центральной плоскости Галактики.
Эти звезды вращаются по вытянутым орбитам. К ним относится большинство
старых звезд, с возрастом от 50 до 80 космических лет, звезды с большими скоростями, со слабыми линиями, долгопериодические переменные с периодами от
50 до 250 суток, цефеиды типа W Девы, переменные типа RR Лиры, белые карлики, шаровые скопления.
5. Население галактической короны. относятся объекты, возникшие на ранних
стадиях эволюции Галактики, которая была в то время менее плоской чем сейчас. К этим объектам относятся субкарлики, шаровые скопления короны, звезды
типа RR Лиры, звзезды с крайне слабыми линиями, звезды с самыми большими
скоростями.
6. Звезды населения ядра включают наименее известные объекты. В спектрах
этих звезд, наблюдаемых в других галактиках, сильны линии натрия, итенсивны
полосы циана (CN). Это могут быть карлики класса М. К таким объектам относят звезды типа RR Лиры, шаровые зв. скопления богатые металлами, планетарные туманности, карлики класса М, ззвезды-гиганты классов G и М с сильными
полосами циана, инфракрасные объекты.
Важнейшие элементы структуры Галактики - центральное сгущение, спиральные рукава, диск. Центральное сгущение Галактики скрыто от нас темной непрозрачной материей. Лучше всего видна его южная половина в виде яркого
звездного облака в созвездии Стрельца. В инфракрасных лучах удается наблюдать и вторую половину. Эти половины разделяет мощная полоса пылевой материи, которая непрозрачна даже для инфракрасных лучей. Линейные размеры
центрального сгущения 3 на 5 килопарсек.
Область Галактики на расстоянии 4-8 кпс от центра выделяется рядом особенностей. В ней сосредоточено наибольшее число пульсаров и газовых остатков
от взрывов сверхновых звезд, интенсивно нетепловое радиоизлучение, чаще
встречаются молодые и горячие О и В-звезды. В этой области существуют водородные молекулярные облака. В диффузной материи этой области увеличена
концентрация космических лучей.
На расстоянии 3-4 кпс от центра Галактики методами радиоастрономии обнаружен рукав нейтрального водорода с массой около 100 000 000 солнечной,
расширяющийся со скоростью около 50 км/с. по другую сторону от центра, на
расстоянии около 2 кпс имеется рукав с массой в 10 раз меньшей, удаляющийся
от центра со скоростью 135 км/с.
В области центра имеется несколько газовых облаков с массами 10 000 - 100
000 масс Солнца, удаляющихся со скоростью 100 - 170 км/с.
Центральная область с радиусом меньше 1 кпс занята кольцом из нейтрального
газа, которое вращается со скоростью 200 км/с вокруг центра. Внутри него имеется обширная область H II в форме диска с диаметром около 300 пс. В области
центра наблюдается нетепловое излучение, что свидетельствует об увеличении
концентрации космических лучей и напряженности магнитных полей.
Совокупность явлений, наблюдаемых в центральных областях Галактики, говорит о возможности того, что свыше 10 000 000 лет назад из центра Галактики
произошел выброс газовых облаков с общей массой порядка 10 000 000 масс
Солнца и со скоростью порядка 600 км/с.
В созвездии Стрельца, вблизи центра Галактики имеется несколько мощных
источников радио- и инфракрасного излучения. Один из них - Стрелец-А находится в самом центре Галактики. Его окружает кольцеобразное молекулярное
облако радиусом в 200 пс, расширяющееся со скоростью 140 км/с. В центральных областях идет активный процесс звездообразования.
В центре нашей Галактики скорее всего находится ядро, похожее на шаровое
звездное скопление. инфракрасные приемники обнаружили там эллиптический
объект размерами в 10 пс. Внутри него может находиться плотное звездное скопление диаметром 1 пс. Это может быть и объект неизвестной релятивистской
природы.
Природу спиральной структуры Галактики связывают со спиральными волнами
плотности, распространяющимися в звездном диске. Эти волны подобны звуковым волнам, но из-за вращения приобретают вид спиралей. Среда, в которой
распространяются эти волны состоит не только из газово-пылевой межзвездной
материи, но и из самих звезд. Звезды тоже образуют своеобразный газ, отличающийся от обычного тем, что между его частицами не бывает столкновений.
Спиральная волна плотности, как и обычная продольная волна, представляет
собой чередование последовательных уплотнений и разрежений Среды. В отличие от газа и звезд, спиральный узор волн вращается в ту же сторону, что и
вся Галактика, но заметно медленнее и с постоянной угловой скоростью, как
твердое тело.
Поэтому вещество постоянно догоняет спиральные ветви с внутренней стороны
и проходит через них. Однако у звезд и газа это прохождение через спиральные
ветви происходит по разному. Звезды, как и газ, уплотняются в спиральной волне, их концентрация увеличивается на 10 - 20%. Соответственно возрастает и
гравитационный потенциал. Но поскольку между звездами столкновений не
происходит, они сохраняют момент, чуть изменяют свой путь в пределах спирального рукава и выходят из него практически в том же направлении, в каком
они вошли.
Газ ведет себя иначе. Из-за столкновений, входя в рукав, он теряет момент количества движения, тормозится и начинает скапливаться у внутренней границы
рукава. Набегающие новые порции газа приводят к образованию у этой границы ударной волны с большим перепадом плотности. В результате у спиральных
ветвей образуются кромки уплотнения газа и возникает тепловая неустойчивость. Газ быстро становится непрозрачным, остывает и переходит в плотную
фазу, образуя газово-пылевые комплексы, благоприятные для звездообразования. Молодые и горячие звезды возбуждают свечение газа, из-за чего возникают яркие туманности, которые вместе с горячими звездами очерчивают спиральную структуру, повторяющую спиральную волну плотности в звездном
диске.
Спиральная структура нашей Галактики была изучена при помощи исследования других спиральных галактик. Исследования показали, что спиральные ветви
соседних галактик состоят из горячих гигантов, сверхгигантов, пыли и газа. Если убрать эти объекты, то исчезнут спиральные ветви. Красные и желтые звезды
заполняют равномерно области в ветвях и между ними.
Чтобы прояснить спиральную структуру нашей Галактики нужно наблюдать
горячие гиганты, пыль и газ. Это сделать достаточно сложно, потому-что Солнце находится в плоскости Галактики и различные спиральные ветви проектируются друг на друга. Современные методы не позволяют точно определять расстояния до далеких гигантов, что затрудняет создание пространственной картины. К тому же в плоскости Галактики лежат большие массы пыли неоднородной
структуры и различной плотности, что еще более затрудняет исследование далеких объектов.
Большие надежды подает исследование водорода на длине волны 21 см. С их
помощью можно измерить плотность нейтрального водорода в различных местах Галактики. Эта работа была проделана голландскими астрономами Холстом,
Мюллером, Оортом и др. В результате получилась картина распределения водорода, обозначившая контуры спиральной структуры Галактики. Водород находится в больших количествах рядом с молодыми горячими звездами, определяющими структуру спиральных ветвей. Излучение нейтрального водорода
длинноволновое, находится в радиодиапазоне и для него межзвездная пылевая
материя прозрачна. 21-сантиметровое излучение доходит из самых далеких областей Галактики без искажений.
Галактика непрерывно изменяется. Эти изменения протекают медленно и постепенно. Исследователям их трудно обнаружить, потому-что человеческая
жизнь очень коротка по сравнению с жизнью звезд и галактик. Обращаясь к
космической эволюции нужно выбирать очень длинную единицу времени. Такой единицей является космический год, т.е. время полного оборота Солнца
вокруг центра Галактики. Он равен 250 млн. земных лет. Звезды Галактики постоянно перемешиваются и за один космический год, двигаясь даже с небольшой скоростью 1 км/с друг относительно друга, две звезды удалятся на 250 пс.
В течение этого времени одни звездные группы могут распасться, другие образоваться вновь. Внешний вид Галактики сильно изменится. Кроме механических изменений, за космический год изменяется физическое состояние Галактики. Звезды классов О и В могут ярко сиять лишь за время, равное какой-то части
космического года. Возраст самых ярких наблюдаемых гигантов около 10 млн.
лет. Однако, несмотря на это, конфигурация спиральных ветвей может оставаться достаточно стабильной. Одни звезды будут покидать эти области, другие
прилетать на их место, одни звезды будут умирать, другие рождаться из огром-
ной массы газово-пылевых комплексов спиральных ветвей. Если распределение
положений и движений объектов в какой-нибудь галактике не подвергается
большим изменениям, то эта звездная система находится в состоянии динамического равновесия. Для определенной группы звезд состояние динамического
равновесия может сохраняться в течение 100 космических лет. Однако за более
длительный период равный тысячам косм. лет состояние динамического равновесия будет нарушено из-за случайных близких прохождений звезд. Ему на
смену придет динамически квазипостоянное состояние статистического равновесия, более устойчивое, при котором звезды тщательнее перемешаны
Исследование, описанное в статье про структура галактики, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое структура галактики и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Астрономия
Комментарии
Оставить комментарий
Астрономия
Термины: Астрономия