Другие галактики бесконечность вселенной доклад

Другие галактики и размеры нашей вселенной

Какой формы бывают галактики и как велико их число?

Галактики похожие на нашу

О существовании галактик подобных “Млечному пути” человечество не догадывалось очень долго. Те светлые пятна, что удавалось рассмотреть в несовершенные телескопы, даже в начале 20-го века, рассматривались как “туманности”, и по мнению ученых не представляли особого интереса.

Однако техника не стоит на месте, и вскоре, у некоторых из этих “туманностей” стали замечать странности, а именно, обнаружено, что часть из светящихся объектов имеет спиральную форму. В таких “спиральных туманностях” из туманного ядра, более яркого к центру, выходят ветви, или рукава, закручивающиеся вокруг ядра по спирали подобно часовой пружине.

Как оказалось, “рукава” этих туманностей состоят из множества чрезвычайно слабых звезд. Туманность оказалась, как говорят, разрешенной на звезды. Стало ясно, что ближе к центру сплошное туманное сияние получается лишь вследствие слияния для нас в одну сплошную массу мириадов звезд, расположенных очень тесно.

Только тогда стало понятно, что перед нами не облака космической пыли, светящееся отраженным светом, или разреженного газа, а чрезвычайно далекие звездные системы, возможно, являющиеся копиями нашей собственной.

Окончательно точка в вопросе была поставлена в 1944 году, когда удалось разрешить на звезды центральную часть спиральной туманности в Андромеде и обе небольшие туманности эллиптической формы расположенные по соседству.

Если до этого многие допускали, что эллиптические туманности и центральные части спиральных туманностей состоят не из звезд, а из газа или метеоритной пыли, то теперь сомнений не оставалось – перед нами были самые настоящие галактики.

Спектры подтверждают звездную природу этих спиральных туманностей-галактик. Это были спектры поглощения, очень похожие на спектр Солнца; они показывают, что большинство звезд в галактиках типа Андромеды — желтые звезды солнечного типа. По смещению темных линий в спектрах этих галактик были определены скорости их движения и выяснено, что движутся в космосе они как единое целое, со скоростью сотен километров в секунду.

Вскоре в новых галактиках были открыты и хорошо знакомые нам цефеиды, и долгопериодические переменные, и яркие голубоватые звезды, а на краях спиральной туманности Андромеды, обнаружили шаровые звездные скопления – точь в точь такие же, как на “Млечном пути”.

Спиральная галактика (туманность) Андромеды, или М31

Спиральная туманность Андромеды кажется больше и ярче всех потому, что она ближе всего к нашей Галактике. Расстояние до нее составляет “всего” 850 тысяч световых лет. Вот оно, это ближайшее расстояние! Свет ее, доходящий сейчас до нас, покинул туманность Андромеды в ту пору, когда на Земле не было еще человечества, но и тогда она выглядела так же, как выглядит сейчас.

Размер ее составляет около 50 тысяч световых лет по диаметру, но в направлении, перпендикулярном к плоскости ее наибольшего распространения, она во много раз тоньше — сильно сплющена. Сопоставляя вид туманностей, таких, как в Треугольнике (почти круглых внешних очертаний), в Андромеде (продолговатой или эллиптической) и в Деве (веретенообразной), мы должны заключить, что различие их вида определяется только ракурсом по отношению к нам.

Спиральная галактика (туманность) Треугольника, или М33

Дело в том, что галактика в туманности Треугольника лежит перед нами «плашмя», галактика в созвездии Андромеды своей плоскостью симметрии наклонена к нам, а галактика в созвездии Девы повернута к нам ребром.

Очевидно, что если сравнить эти звездные системы и нашу галактику, просто разложив их в ряд на воображаемом столе, они будут выглядеть практически копиями друг друга.

Все вновь открытые спиральные галактики вращаются вокруг своей короткой оси, перпендикулярной к плоскости их экватора. Однако есть у них и свои особенности.

Так, спиральная галактика в Андромеде во внешних своих частях вращается как твердое тело, например, колесо. Это означает, что внешние ее части, дающие мало света и содержащие, казалось бы, поэтому мало звезд, тем не менее имеют большую массу.

У галактики в созвездии Треугольника внутренние части, до расстояния в 3 тысячи световых лет от центра, также вращаются как твердое тело. А вот у “внешних” рукавов, наоборот, скорость вращения уменьшается очень быстро. Отсюда следует, что, в противоположность галактике, находящейся в Андромеде, здесь большая часть массы сосредоточена в центральном ядре. Масса эта составляет миллиард масс Солнца, как это устанавливается вычислением на основании наблюденной скорости вращения.

Эллиптическая галактика М87 в созвездии Девы

Звезды в пространстве группируются, как мы видим, в гигантские системы преимущественно спиральной формы.

Словно острова суши, плывут они в безбрежном океане вселенной. В некоторых местах, как, например, в созвездии Девы, галактики группируются в облака галактик — своеобразные архипелаги. В некоторых местах неба в телескоп или на фотографии можно насчитать больше далеких галактик, чем отдельных звезд находящихся нашем “Млечном пути”! И чем дальше мы устремляемся к границам непознанного, тем больше и больше новых звездных миров открывается нашему взору, и кажется, что движение это не кончится никогда.

Представления о размерах вселенной

А ведь было время, когда богословы исчисляли границу мира как расстояние до сферы неподвижных звезд в 700 тысяч километров! Это стало сомнительным уже после измерения расстояния до ближайшего небесного тела — Луны (385 тысяч километров). Еще дальше отодвинулись границы вселенной с определением расстояния Земли и планет от Солнца.

Измеренные потом расстояния до звезд превзошли самые щедрые оценки расстояния до границы мира, а теперь известны галактики, отстоящие от нас на сотни миллионов световых лет.

Несомненно, что когда удастся исследовать подробнее более далекие от нас галактики, среди них окажутся такие, которые не уступят нашей ни по размеру, ни по массе, а может быть, будут и больше, чем она.

Но, в конце концов, убедившись, что Земля не центр мира, что она не наибольшая из планет, что наше Солнце не самое большое, не самое яркое, не можем ли мы после всех этих ударов по нашему ложному самолюбию наконец «позволить себе роскошь» считать, что мы живем в одной из наибольших галактик, хотя и на ее краю?

Снова нет, потому что границы познания продолжают раздвигаться. Сейчас мы “видим” звездные миры отстоящие от нас на 600 миллионов световых лет. И это не предел расстояния – пока это только предел нашей техники.

Все видимые галактики, а также и великое множество других, более далеких, которые будут открыты гигантскими телескопами будущего, образуют великое скопление галактик, называемое Метагалактикой. Если галактики — острова вселенной, то Метагалактика — её огромнейший архипелаг. Что же будет когда мы дойдем со своими телескопами и до её границ?

Нельзя утверждать наверняка, но скорее всего, будут открыты другие Метагалактики, подобные нашей, и движению этому не будет конца.

Источник

Другие галактики бесконечность вселенной доклад

§ 29. ДРУГИЕ ГАЛАКТИКИ

1. Открытие других галактик. В начале XX в. было доказано, что некоторые туманные пятна, видимые в телескоп в разных участках неба, находятся вне нашей Галактики и представляют собой другие галактики, каждая из которых, подобно нашей, состоит из многих миллиардов звезд. Огромные расстояния, отделяющие Солнечную систему от этих миров, почти лишают нас возможности видеть их невооруженным глазом. Зато телескоп раскрывает перед человеком поистине глубины Вселенной: крупнейшим современным телескопам доступна область Вселенной, в которой находятся миллиарды галактик. Исследованием мира галактик занимается внегалактическая астрономия. Подобно физике элементарных частиц, проникающей в тайны невидимого микромира, внегалактическая астрономия изучает разнообразные, очень далекие от нас, не видимые невооруженным глазом космические объекты безграничного мегамира, непрерывно расширяя наши представления о Вселенной.

2*. Определение размеров, расстояний и масс галактик. Один из методов определения расстояния до галактик основан на определении видимых и абсолютных звездных величин цефеид, новых и сверхновых звезд, открываемых в других галактиках. По формуле (41) можно вычислить расстояние до тех галактик, в которых обнаружены цефеиды, новые и сверхновые звезды.

Обозначив расстояние до галактики через r , линейный диаметр — D , угловой диаметр — d ˝, легко вывести следующую формулу для определения диаметра галактики:

(51)

где D и г выражены в парсеках, a d ˝ — в секундах дуги.

Линейный диаметр Туманности Андромеды не менее 40 кпк, т. е. превышает диаметр нашей Галактики.

Смещение спектральных линий, наблюдаемое в различных частях какой-нибудь близкой к нам галактики, свидетельствует о том, что галактики вращаются. Если область галактики, расположенная на окраине (на расстоянии R от ее центра), имеет линейную скорость вращения v , то центростремительное ускорение этой области будет . Приравняем его к гравитационному ускорению, получаемому из закона всемирного тяготения , где М — масса ядра галактики:

отсюда найдем массу ядра галактики:

. (52)

Масса всей галактики на один-два порядка больше массы ее ядра. Например, масса ядра галактики в созвездии Андромеды порядка 10 40 кг (примерно 10 10 масс Солнца), а всей галактики — примерно в 100 раз больше (такова же примерно и масса нашей Галактики).

3. Многообразие галактик. Мир галактик поражает своим разнообразием. Галактики резко отличаются размерами, числом входящих в них звезд, светимостями, внешним видом. Они обозначаются номерами, под которыми их вносят в каталоги. Одни и те же галактики фигурируют в разных каталогах под разными номерами. Например, М 31, М 82 (каталог Мессье) или NGC 224, NGC 3034 («Новый общий каталог» — New General Catalogue ).

По внешнему виду галактики условно разделены на три основных типа: эллиптические, спиральные и неправильные.

Пространственная форма эллиптических галактик — эллипсоиды с разной степенью сжатия. Среди эллиптических галактик встречаются гигантские и карликовые. Почти четверть всех изученных галактик относится к эллиптическим. Это наиболее простые по структуре галактики. Распределение звезд в них равномерно убывает от центра, пыли и газа почти нет. Самые яркие звезды — красные гиганты.

Рис. 97. Туманность Андромеды.

Рис. 98. Галактика «Водоворот» в созвездии Гончих Псов.

Спиральные галактики — самый многочисленный тип галактик (рис. 97, 98). К нему относятся наша Галактика и гигантская Туманность Андромеды (М 31 или NGC 224, рис. 97), удаленная от нас примерно на 2,5 млн. св. лет. Это одна из немногих галактик, видимых невооруженным глазом. Массы спиральных галактик — порядка 10 9 —10 12 масс Солнца. Ближайшая к нам галактика М 31 не только красива, но и опасна. Через несколько миллионов лет она может столкнуться с Галактикой.

Неправильные галактики не имеют центральных ядер и не обнаруживают закономерностей в своем строении. Жители Южного полушария Земли могут невооруженным глазом видеть две неправильные галактики — Большое и Малое Магеллановы Облака, являющиеся спутниками нашей Галактики (рис. 99). Они находятся сравнительно недалеко от нас, на расстоянии всего лишь в полтора раза большем диаметра Галактики. Магеллановы Облака значительно меньше нашей Галактики по массе и размерам. Изучение Магеллановых Облаков позволяет получить ценнейшие сведения о звездах, звездных скоплениях и диффузной материи. Вспомните, например, об открытии сверхновой звезды в Большом Магеллановом Облаке (с. 151).

Рис. 99. Неправильные галактики: Большое(слева) и Малое(справа) Магеллановы Облака(соответственно в созвездиях Золотой Рыбы и Тукана).

Нередко встречаются и другие виды галактик, которые но своим свойствам отличаются от эллиптических, спиральных и неправильных. Таковы, например, взаимодействующие галактики. Они обычно находятся на небольших расстояниях друг от друга, связаны «мостами» из светящейся материи, иногда как бы пронизывают одна другую.

4. Радиогалактики и активность ядер галактик. Некоторые галактики обладают исключительно мощным радиоизлучением, превосходящим видимое излучение. Это радиогалактики . Одна из них находится в созвездии Лебедя (Лебедь А). Ее видимая звездная величина — примерно 18 m (будучи столь слабым объектом в оптическом диапазоне, эта галактика даже не была внесена в каталог NGC ). Но абсолютная звездная величина галактики Лебедь А, находящейся от нас на расстоянии около 200 Мпк, достигает -20,5 m . Это такая же гигантская система, как и наша Галактика. Но, в отличие от нашей и других «нормальных» галактик, Лебедь А излучает в радиодиапазоне больше энергии, чем в оптическом диапазоне. В Лебеде А видно два ядра, образование которых скорее всего связано с мощным взрывом в центре этой галактики (хотя, возможно, это результат столкновения двух галактик).

Другой известный источник радиоизлучения — шаровая галактика NGC 5128 в созвездии Центавра (рис. 100). На фотографии этой галактики четко выделяются огромные облака темной пылевой материи, которые как бы разделяют галактику на две части.

Рис. 100. Радиогалактика Центавр А.

Рис. 101. Радиогалактика Дева А.

Водной из ближайших к нам радиогалактик (Дева А; М 87 или NGC 4486) хорошо видна газовая струя, устремленная из ядра (рис. 101). Длина струи достигает нескольких тысяч световых лет, внутри нее заметны отдельные сгущения.

Еще недавно считалось, что самые грандиозные проявления взрывных процессов — вспышки сверхновых. Однако при взрывах в ядрах галактик выделяется во много раз больше энергии. Наблюдаемая активность ядер галактик проявляется в следующих основных формах: непрерывное истечение потоков вещества; выбросы сгустков газа и облаков газа с массой в миллионы солнечных масс; нетепловое (т. е. не связанное с нагреванием) радиоизлучение из околоядерной области; взрывы, превращающие галактику в радиогалактику. Причина активности ядер галактик пока не выяснена. На протяжении многих лет активность ядер галактик в нашей стране исследовали академик В. А. Амбарцумян ( 1908 —1996) и его ученики.

5. Квазары. Радионаблюдения привели в 1963 г . к открытию удивительных звездоподобных источников радиоизлучения. Они были названы квазарами . Сейчас их открыто более тысячи. Самый яркий квазар, имеющий обозначение ЗС 273 (ЗС — сокращенное название третьего Кембриджского каталога радиоисточников), виден как звезда 12,6 m . В действительности этот квазар, находящийся от нас на расстоянии около 3 млрд. св. лет, излучает больше энергии в оптическом диапазоне, чем самые яркие галактики. Светимость этого квазара в 500 раз превосходит светимость галактики в Андромеде. В радиодиапазоне мощность излучения ЗС 273 сравнима с радиоизлучением Лебедя А. Кроме того, этот квазар оказался одним из самых мощных источников рентгеновского излучения. Сравнивая между собой старые фотографии участка звездного неба, полученные в то время, когда эта «слабая звезда» ничем не привлекала к себе внимание, обнаружили, что блеск квазара не оставался постоянным. Это позволило оценить размеры квазара. Они не превышают одного светового года. Следовательно, квазар, по крайней мере, больше обычных звезд, но гораздо меньше, например, нашей Галактики. Квазары не похожи на обычные звезды и своими массами. Вычисления показывают, что массы квазаров достигают многих миллионов солнечных масс. Чтобы вызвать и длительное время поддерживать сверхмощное излучение квазаров, требуется энергия, которую не может обеспечить ни один из известных ныне источников, включая термоядерный синтез. Свет и радиоизлучение от самых далеких из известных ныне квазаров идет к нам более 10 млрд. лет. Скорее всего квазары — это исключительно активные ядра очень далеких галактик.

Источник

➤