Опишите пространственное распределение галактик во вселенной кратко

§ 175. Пространственное распределение галактик

Обычно галактики встречаются небольшими группами, содержащими по десятку членов, часто объединяющимися в обширные скопления сотен и тысяч галактик. Наша Галактика входит в состав так называемой Местной группы, включающей в себя три гигантские спиральные галактики (наша Галактика, туманность Андромеды и туманность в созвездии Треугольника), а также более 15 карликовых эллиптических и неправильных галактик, крупнейшими из которых являются Магеллановы Облака.

В среднем размеры скоплений галактик составляют около 3 Мпс. В отдельных случаях диаметр их может превышать 10-20 Мпс. Они делятся на рассеянные (неправильные) и сферические (правильные) скопления. Рассеянные скопления не обладают правильной формой и имеют нерезкие очертания. Галактики в них весьма слабо концентрируются к центру. Примером гигантского рассеянного скопления может служить ближайшее к нам скопление галактик в созвездии Девы (рис. 241). На небе оно занимает примерно 120 кв. градусов и содержит несколько тысяч преимущественно спиральных галактик. Расстояние до центра этого скопления составляет около 11 Мпс.

Сферические скопления галактик более компактны, чем рассеянные, и обладают сферической симметрией. Их члены заметно концентрируются к центру. Примером сферического скопления является скопление галактик в созвездии Волос Вероники, содержащее очень много эллиптических и линзообразных галактик (рис. 242). Его диаметр составляет почти 12 градусов. В нем содержатся около 30 000 галактик ярче 19 фотографической звездной величины. Расстояние до центра скопления составляет около 70 Мпс.

С многими богатыми скоплениями галактик связаны мощные протяженные источники рентгеновского излучения, природа которого, скорее всего, связана с наличием горячего межгалактического газа, подобного коронам отдельных галактик.

Есть основания полагать, что скопления галактик в свою очередь также распределены неравномерно. Согласно некоторым исследованиям, окружающие нас скопления и группы галактик образуют грандиозную систему — Сверхгалактику. Отдельные галактики при этом, по-видимому, концентрируются к некоторой плоскости, которую можно называть экваториальной плоскостью Сверхгалактики. Только что рассмотренное скопление галактик в созвездии Девы находится в центре такой гигантской системы. Масса нашей Сверхгалактики должна составлять около 10 15 масс Солнца, а ее диаметр порядка 50 Мпс.

Однако реальность существования подобных скоплений галактик второго порядка в настоящее время остается спорной. Если они и существуют, то лишь как слабо выраженная неоднородность распределения галактик во Вселенной, так как расстояния между ними немногим могут превышать их размеры.

Источник

§ 30. Расширяющаяся Вселенная

1. Опишите пространственное распределение галактик во Вселенной.

Галактики образуют группы, скопления и большие системы галактик. Из 40 ближайших галактик наиболее массивная — Местная группа галактик. В эту группу входят наша Галактика и туманность Андромеды. Они образуют систему галактик, размер которых достигает нескольких сотен килопарсек.

Системы галактик могут объединять до тысячи галактик, а их размеры достигают нескольких мегапарсек. Ближайшее такое крупное объединение находится в направлении созвездия Девы на расстоянии около 20 Мпк., имеет размер примерно в 5 Мпк.

Комплексы скоплений галактик содержат десятки скоплений и имеют размеры 30-60 Мпк. Такие комплексы называют сверхскоплениями галактик. Наша Местная группа галактик входит в скопление в созвездии Девы разером 60 Мпк, которое объединяет около 2000 галактик. Всего известно около 50 сверхскоплений.

2. Как объясняется красное смещение и о чём оно свидетельствует?

Красное смещение в спектрах галактик свидетельствует о постоянном расширении Вселенной, «разлёту» скоплений галактик.

3. В чём состоит сущность теории расширяющейся Вселенной?

Сущность теории состоит в том, что Вселенная не может быть стационарна — она должна либо расширяться, либо сжиматься. Расширение Вселенной обнаружил Э. Хаббл, когда зафиксировал разбегание галактик.

4. К каким выводам о стационарности Вселенной пришёл А. А. Фридман?

Из расчётов Фридмана вытекали три возможных следствия: Вселенная и её пространство расширяются с течением времени; Вселенная через определённое время начнёт сжиматься; во Вселенной чередуются через большие промежутки времени циклы сжатия и расширения.

5. Что такое критическая плотность Вселенной? В какой взаимосвязи критическая плотность находится с расширением или сжатием Вселенной?

Существует значение критической плотности $ρ_<кр>$ Вселенной, определяемое по формуле:

где $G$ — гравитационная постоянная, $Н$ — постоянная Хаббла. Расчёты по данной формуле дают, что $ρ_ <кр>= 10-26\, кг/м^3.$

Критическая плотность — это максимальная плотность вещества Вселенной, которой она якобы может достичь. При достижении максимальной плотности (критической) Вселенная должна перестать расширяться и начать сжиматься. Если плотность меньше критической, то Вселенная продолжит расширяться. По последним оценкам, плотность Вселенной близка к критической (либо немного меньше, либо больше).

6. Опишите модель горячей Вселенной.

Согласно модели, которую выдвинули Ж. Леметр и Г. А. Гамов, на ранних стадиях развития Вселенная имела очень высокую плотность вещества и высокую температуру. Эта гипотеза получила название Большого взрыва.

Суть теории заключается в том, что вселенная возникла в результате взрыва: материя с очень высокой плотностью и огромной энергией начала своё расширение. Такое состояние материи получило название сингулярность — точечный объём с бесконечной плотностью. По мере расширение температура будущей Вселенной постепенно снижалась, что способствовало образованию звёзд и галактик. Хотя процесс образования Вселенной нельзя рассматривать как расширение в окружающее пространство, т.к. его вовсе не было. Вселенная — это всё существующее.

7. Что понимается под закрытой и открытой моделями Вселенной?

Существуют две теоретические модели будущего Вселенной — закрытая и открытая.

Закрытая. Вселенная может быть закрытой системой, которая испытывает множество эволюционных циклов. После цикла расширения Вселенная начнёт процесс сжатия, пока не вернётся в первоначальное состояние — сингулярное — затем снова будет взрыв. Длительность полного цикла составляет 100 млрд лет. Начиная каждый новый цикл, Вселенная теряет «память» и может «родиться» с совершенно новым набором физических констант.

Открытая. Эта модель рассматривает варианты «тепловой смерти» Вселенной. Звёзды в системе постепенно будут остывать и через $10^14$ лет многие их них пропадут, что приведёт к отрыву планет от своих звёзд. Планеты покинут галактики. Сами галактики прекратят своё существование, превратившись в чёрные дыры.

Источник

6.5. Метагалактика

Скопление галактик (более 1000) в созвездии Волосы Вероники (Coma Cluster). Среднее расстояние от Земли составляет 99 Мпк (321 млн. св. лет)

NGC 4874 – одна из двух доминирующих сверхгигантских (в 10 раз больше Млечного Пути) эллиптических галактик в центре Coma Cluster

Метагалактика (наблюдаемая часть Вселенной) — совокупность галактик, частью которой является всё множество (около 1 млрд.) галактик, доступных современным телескопам. Галактика Млечного Пути, — одна из звёздных систем, входящих в состав Метагалактики. Лишь немногие галактики существуют отдельно от остальных. Структуры из примерно 50 галактик называются группами галактик, а более крупные, содержащие многие тысячи галактик в пространстве поперечником в несколько Мпк, называются скоплениями галактик. Скопления галактик зачастую находятся под влиянием одной гигантской эллиптической галактики, которая за счёт приливных сил со временем разрушает галактики-спутники и увеличивает свою массу, поглощая их. Сверхскоплениями называют гигантские собрания, содержащие десятки тысяч галактик, входящие в скопления, группы или расположенные отдельно.

HDF – изображение размером около 5,3′ охватывает 3000 галактик

Скопления и сверхскопления галактик выстраиваются в нити, окружающие гигантские области пустоты неправильной формы – ячейки, или войды (от англ. void – пустота), практически не содержащие барионного вещества. Межгалактическое пространство является практически чистым вакуумом со средней плотностью менее 1 атома вещества на 1 м 3 . Поперечные размеры войдов составляют 35–500 млн. св. лет, однако встречаются войды и большего размера.

HUDF – изображение размером около 3′ охватывает 10000 галактик

В масштабах более 300 млн. св. лет Вселенная предстаёт однородной и изотропной (в соответствии с космологическим принципом). Во Вселенной нет выделенного направления, оси вращения или центра. Все точки Вселенной равноправны. Об этом свидетельствуют исследования далёкого космоса (расстояние более 12 млрд. св. лет от Земли), осуществлённые космическим телескопом им. Хаббла в рамках проектов Hubble Deep Field (HDF), Hubble Ultra Deep Field (HUDF) и Hubble eXtreme Deep Field (XDF).

Спектр излучения галактики UDFy-38135539

Один из наиболее удалённых объектов из обнаруженных к настоящему моменту – это галактика IOK-1, находящаяся на расстоянии 12.88 млрд. св. лет от Солнечной системы в созвездии Волосы Вероники. Эта галактика сформировалась спустя 750 млн. лет после момента начала эволюции Вселенной (Большого Взрыва). Галактика UDFy-38135539 расположена ещё дальше, на расстоянии 13.1 млрд. св. лет (космологическое красное смещение z = 8.5549 ± 0.0002). Эта галактика образовалась спустя всего 600 млн. лет после Большого Взрыва. Расстояние до галактики UDFj-39546284 оценивается в 13.2 млрд. св. лет (z ≈ 10 ?), она образовалась спустя всего 480 млн. лет после Большого Взрыва. Вероятно, эта галактика представляет собой наиболее удалённый (старый) материальный объект во Вселенной.

«Глубина» изображений HDF и HUDF

Расчётное распределение светящейся материи во Вселенной с учётом тёмной материи

6.5.2. Местная группа и местное сверхскопление галактик. Великий аттрактор

В наиболее общем случае иерархия строения Вселенной выглядит следующим образом: звёздная система → скопление звёзд (10 – 100 тыс. звёзд) → галактика (1 млрд. – 1 трлн. звёзд) → местная группа галактик (10 – 100 галактик) → местное скопление галактик (1 тыс. – 10 тыс. галактик) → местное сверхскопление галактик. Такая последовательность может нарушаться. Так, например, в случае нашей планетной системы отсуствуют два иерархических уровня – скопление звёзд (оно рассеялось на ранних этапах формирования Солнечной системы) и местное скопление галактик.

Местная группа галактик

Галактика Млечный Путь вместе с 53 другими галактиками входит в состав гравитационно-связанной Местной группы галактик. Поперечник Местной группы составляет около 1 Мпк. Доминирующей в Местной группе является галактика Андромеды (или Туманность Андромеды) – сверхгигантская спиральная галактика типа Sb. Она находится на расстоянии 2,54 млн. св. лет от Солнечной системы. Протяжённость Туманности Андромеды составляет 260 тыс. св. лет, что в 2,6 раза больше, чем у Млечного Пути. По современным данным, в её состав входит около 1 триллиона звёзд.

Скопление галактик в созвездии Девы (Virgo Cluster) находится на расстояние 15–22 Мпк от Земли

Местную группу можно разделить на несколько подгрупп галактик. Группа Млечного Пути состоит из гигантской спиральной галактики Млечный Путь и 14 её известных спутников, представляющих собой карликовые, в основном неправильные, галактики. Группа Туманности Андромеды весьма похожа на группу Млечного Пути: в центре группы находится сама галактика Андромеды, а её 24 известных спутника тоже являются, в основном, карликовыми галактиками. Кроме того, в Местную группу входит группа галактик Треугольника, а также другие карликовые галактики, которые нельзя определить в одну из указанных групп. Число известных галактик в Местной группе увеличивается, т. к. регулярно обнаруживаются новые галактики. Центр масс Местной группы находится примерно на линии, соединяющей Млечный Путь и Галактику Андромеды.

Местное сверхскопление галактик (Сверхскопление Девы)

Местная группа галактик является частью Местного сверхскопления галактик (Сверхскопления Девы), главную роль в котором играет Скопление Девы – скопление галактик, расположенное на расстоянии около 54 млн. св. лет от Млечного Пути. Это ближайшее к Местной группе крупное скопление, в его состав входит около 2000 галактик.

M87 – доминирующая в Virgo Cluster сверхгигантская эллиптическая галактика с релятивистским джетом

Сверхскопление Девы – система галактик размером около 200 млн. св. лет, включающая Местную группу галактик. Всего в состав Местного сверхскопления входят 100 групп и скоплений галактик и около 30 тыс. галактик. Масса Сверхскопления составляет около 10 15 масс Солнца. Поскольку его светимость слишком мала для такого количества звёзд, считается, что бо́льшую часть массы сверхскопления составляет тёмная материя.

Ближайшие сверхскопления галактик

Сверхскопление Девы в целом притягивается к гравитационной аномалии под названием Великий аттрактор, который представляет собой сверхскопление галактик с оценочной массой 5 × 10 16 масс Солнца. Великий аттрактор находится на расстоянии около 250 млн. св. лет от Млечного Пути в созвездии Наугольника. Непосредственное наблюдение Великого аттрактора затруднено, поскольку он закрыт от нас диском Галактики. Вероятнее всего, Великий аттрактор представляет собой очень большое сверхскопление галактик.

6.5.3. Методы определения расстояний до галактик

Для определения расстояний до галактик используются следующие методы: • Измерение годичного параллакса (только для ближайших галактик) (см. раздел 2.6.3); • Определение периода цефеид в изучаемой галактике (также для близких галактик) (см. раздел 5.4.6); • Измерение светимости сверхновых типа Ia в максимуме (метод «стандартных свечей») (см. разделы 5.4.9 и 7.5.1); • Измерение величины космологического красного смещения спектральных линий (см. разделы 7.1.3 и 7.2.4).

Your browser does not support the video tag.

Крупномасштабная структура Вселенной. Расстояния в единицах безразмерного параметра Хаббла h = H/100 ≈ 0.70 (например, 50 Мпк/h = 50/0,70 = 71,4 Мпк ≈ 233 млн. св. лет)

Источник

➤