659 (Другие звездные системы - галактики)

2

Министерство образования и науки Украины

Общеобразовательная школа I–III ступеней № 83

г. Донецка

Реферат

по дисциплине:

«Астрономия»

на тему:

«Другие звездные системы — галактики»

Подготовила: ученица 11 класса Ващинина Людмила

Донецк

2004 г.

Галактики — это большие звёздные системы, в которых звёзды связаны друг с другом силами гравитации. Существуют галактики, включающие триллионы звёзд. Наша Галактика — Млечный Путь — также достаточно велика: в ней более 200 млрд. звёзд. Самые маленькие галактики содержат звёзд в миллион раз меньше и скорее напоминают находящиеся в Млечном Пути шаровые скопления, только значительно больше по размерам. Помимо обычных звёзд галактики включают в себя межзвёздный газ, пыль, а также различные «экзотические» объекты: белые карлики, нейтронные звёзды, чёрные дыры. Газ в галактиках не только рассеян между звёздами, но и образует громадные облака (массой до миллиона масс Солнца), яркие туманности вокруг горячих звёзд, плотные и холодные газопылевые туманности. Большие звёздные системы имеют массы в сотни миллиардов масс Солнца. Наименьшие из карликовых галактик «весят» всего лишь в 100 тыс. раз больше Солнца. Таким образом, интервал масс у галактик значительно шире, чем у звёзд: самые «тяжёлые» и самые «лёгкие» звёзды различаются по массе менее чем в 1000 раз. Внешний вид и структура звёздных систем также весьма различны, и в соответствии с этим галактики делятся на морфологические типы.

а

б

Рис. 1. Магеллановы облака
(а — Большое Магелланово облако; б — Малое Магелланово облако)

Ближайшими к нам и самыми яркими на небе галактиками являются Магеллановы Облака. Они выглядят как два туманных облачка, подобно двум оторвавшимся кусочкам Млечного Пути. К сожалению, в Северном полушарии их не видно. Но морякам, плававшим в южных морях, издавна были известны два небольших «облака», которые серебристо светятся в хорошую погоду на ночном небе. Самым удивительным казалось то, что облака не меняли своего расположения относительно звёзд, они были словно приклеены к небу. В XV в. моряки называли их Капскими Облаками. Южный полюс мира, в отличие от северного, труднее найти на небе, так как рядом с ним нет таких ярких и приметных звёзд, как Полярная.

А Облака находятся неподалёку (на расстоянии около 20°)от южного полюса небесной сферы и образуют с ним примерно равносторонний треугольник. Такое положение сделало их объектами, удобными для ориентирования. Однако природа Облаков долго ещё оставалась загадкой.

Во время кругосветного путешествия Фернана Магеллана в 1519–1521 гг. его спутник и летописец Антонио Пигафетта описал Облака в своих путевых заметках, а после гибели знаменитого мореплавателя он предложил назвать Облака Магеллановыми — Большим и Малым.

Магеллановы Облака относятся к самым крупным видимым на небе астрономическим объектам. Большое Магелланово Облако (БМО) имеет протяжённость более 5°, то есть 10 видимых диаметров Луны. Малое Магелланово Облако (ММО) — чуть более 2°. На фотографиях же, где удаётся зафиксировать и слабые внешние районы, размеры Облаков равны соответственно 10° и 6°. Если свет от БМО собрать в одну точку на небе, то получится объект, сравнимый по блеску с самыми яркими звёздами. Свет от БМО идёт к нам 200 тыс. лет, а от ММО — 170 тыс. лет.

Рис. 2. Классы галактик:
1 — эллиптические (E); 2 — спиральные (S) (а — нормальные, б — с перемычкой); 3 — неправильные (Ir)

При исследовании неба с помощью современных телескопов обнаружено множество галактик, похожих на Магеллановы Облака (Рис. 2). Для них характерна неправильная, клочковатая форма. В таких галактиках содержится много газа — до 50% их общей массы. Этот тип называют неправильными галактиками и обозначают Ir (от англ. irregular — «неправильный»). К данному классу относятся около 5% всех известных звёздных систем.

Эллиптические галактики составляют 25% от общего числа галактик высокой светимости. Их принято обозначать буквой Е (от англ, elliptical — «эллиптический»), к которой добавляется цифра от 0 до 6, соответствующая степени уплощения системы (Е0 — «шаровые» галактики, Е6 — наиболее «сплюснутые»). На фотопластинках они выглядят как нерезкий круг или эллипс, яркость которого быстро спадает от центра. Цвет у эллиптических галактик красноватый, так как состоят они преимущественно из старых звёзд. Холодного газа в таких системах почти нет, но наиболее массивные из них заполнены очень разреженным горячим газом температурой более миллиона градусов.

Спиральные галактики по внешнему виду напоминают чечевицу или двояковыпуклую линзу. На галактическом диске заметен спиральный узор из двух или более (до десяти) закрученных в одну сторону ветвей, или рукавов, выходящих из центра галактики. Диск погружен в разреженное слабосветящееся сфероидальное облако звёзд — гало. К этому классу принадлежит половина всех наблюдаемых галактик.

На следующей фотографии показана NGC 1365 (Рис. 3) — своеобразная «классика» спиральной галактики. Эта массивная галактика имеет диаметр в 200,000 световых лет и удалена от нас на 60 миллионов световых лет. Это одна из галактик из звездного скопления Fornax. Через центр галактики проходит преграда, которая охватывает ее ядро. Это целая система из спиральных рукавов и преград вращает медленно по часовой стрелке и проходит 350 миллионов лет, чтобы завершить один полный поворот. Подобно многим спиральным галактикам центральная область ее состоит из старших, более красных звезд. Спиральные рукава содержат молодые синие звезды

Рис. 3. NGC 1365

Метагалактика

За пределами нашей Галактики астрономы в сильные телескопы обнаружили множество звездных систем, подобных по своему строению нашей Галактике. Это другие галактики; они также состоят из миллиардов звезд-солнц. Такие галактики имеют вид туманных пятнышек, иногда едва различимых на фотоснимках. Одна из таких дальних галактик показана на фотографии (Рис. 4).

Рис. 4. Дальняя галактика

Множество таких туманностей было открыто астрономами на протяжении XVIII и XIX вв. Передовые ученые уже тогда считали, что эти туманности — звездные системы, подобные Млечному Пути, но удаленные от нас на невообразимо огромные расстояния. В 20-х годах нашего столетия американский астроном Хаббл впервые доказал, что подобные туманности действительно представляют собой очень отдаленные самостоятельные и нередко гигантские звездные системы.

Типичным примером таких галактик является широко известная галактика в созвездии Андромеды (Рис. 5). В безлунную ясную ночь ее можно заметить невооруженным глазом в виде размытого светлого пятнышка величиной не менее лунного диска. Эта галактика во всем очень похожа на нашу Галактику. Мы видим ее несколько наклоненной к лучу зрения. Находится она от нас на расстоянии более миллиона световых лет. Наиболее яркие ее части имеют спиральное строение. По размерам она больше нашей Галактики.

Рис. 5. Галактика Андромеда

Галактика Андромеда — один из самых близких наших галактических соседей. В промежутке в 2,3 миллиона лет — один из самых далеких объектов, видимых невооруженным взглядом. Андромеда содержит 300 миллиарда солнц и охватывает 130,000 световых лет, что почти вдвое массивней нашей собственной галактики. Галактика — превосходный пример спиральной и предполагается, что наша собственная галактика имеет очень похожую структуру. Андромеда имеет две большие галактики — M32 и M110, которые видны на Рис. 5.

Рис. 6. Центральная часть Галактики Андромеда

На Рис. 6 изображена центральная область Галактики Андромеда. Синяя точка в центре изображения — «холодный» источник рентгеновского излучения, где зафиксирована супермассивная черная дыра с массой 30’000’000 солнц.

Другая широко известная галактика видна в созвездии Гончих Псов. Она также имеет спиральное строение. Это Галактика Sunflower («Солнечный цветок») (Рис. 7), известная так же как М63 и NGC 5055, — одна из самых ярких галактик северного неба. Ее можно наблюдать в малый телескоп в созвездии Гончие Псы

Рис. 7. Галактика Sunflower

Рис. 8. Комбинированное радио-оптическое изображение галактики М33

Рис. 9. Группа галактик «Квинтет Стефана»

На Рис. 8 изображено комбинированное радио-оптическое изображение галактики М33, полученное благодаря последним достижениям в развитии технологий космических наблюдений.

С помощью космического телескопа Hubble было получено новое изображение группы галактик, известной под названием «Квинтет Стефана» (Stephan's Quintet) (Рис. 9), на котором видна одна из самых впечатляющих областей формирования новых звезд. Квинтет Стефана довольно популярен среди астрономов-любителей, хотя виден он только в хороший любительский телескоп. Квинтет является прототипом компактных галактических групп, которые очень интенсивно исследуются в последние несколько десятилетий. На снимке представлена только центральная часть Квинтета Стефана, на котором видно столкновение гигантских космических объектов.

Квинтет Стефана, как следует из его названия, состоит из пяти галактик, получивших наименования NGC7317, 7318A, 7318B, 7319 и 7320. Он располагается на расстоянии 270 млн. световых лет от Земли в созвездии Пегаса. Эта группа галактик была открыта французским астрономом Эдуардом Стефаном (Edouard Stephan) в 1877 г., с помощью зеркального телескопа Фуко с апертурой 80 см, установленного в обсерватории Марселя. Сейчас уже известны сотни аналогичных галактических групп, но лишь считанные единицы из них выглядят так же эффектно, как и Квинтет Стефана.

Правда последние исследования показали, что на самом деле эта галактическая группа состоит из трех галактик — NGC 7317, 7318A и 7319, а галактики NGC 7320C и NGC 7318B просто «пролетают мимо» и никак не связаны с остальными.

Галактика Сомбреро (Рис. 10) — один из самых прекрасных объектов в небесах. Эта спиральная галактика типа Sa. Центральная выпуклость доминирует наряду с отличительным темным диапазоном, который соответствует спиральным рукавам. Галактика богата шаровидными звездными скоплениями. Правда, невооруженным глазом ее увидеть трудно, нужен хотя бы небольшой телескоп. Находится она на расстоянии 28 млн световых лет от Земли, а диаметр ее диска составляет около 50 тыс. световых лет. Она относится к классу спиральных галактик, как и наш Млечный Путь, но с Земли галактика Сомбреро видна почти в «профиль» (точнее под углом в 6 градусов к ее экваториальной плоскости), и в таком виде она действительно похожа на национальный мексиканский головной убор.

Галактика Сомбреро находится в южной части галактического скопления в созвездии Дева. Она является одной из самых массивных галактик в этой группе — ее масса примерно в 800 млрд. раз больше массы нашего Солнца. В яркой центральной области галактики Сомбреро находится меньший по размерам диск, который наклонен относительно основного большого центрального диска. Исследования этой области с помощью рентгеновских телескопов показали, что малый диск представляет собой материю, которая устремляется в компактное ядро галактики, где находится черная дыра массой в миллиард солнц.

Рис. 10. Галактика Сомбреро

В XIX веке некоторые астрономы считали, что эта галактика — только диск светящегося газа, окружающий молодую звезду, то есть, некий аналог нашей солнечной системы в ее молодые годы. Однако в 1912 г. астроном В. Слифер (V. M. Slipher) обнаружил, что Сомбреро удаляется от нас со скоростью более 1100 км в секунду. Отсюда бы сделан вывод о том, что Сомбреро на самом деле является галактикой, а ее удаление от нас является следствием расширения Вселенной.

Космический телескоп Hubble Space Telescope (NASA) получил изображение двух взаимодействующих спиральных галактик NGC 2207 и IC 2163 (Рис. 11), находящихся в созвездии Большой Пес. На снимке слева более массивная галактика NGC 2207, справа меньшая по размерам IC 2163. Мощные приливные силы от NGC 2207 исказили форму IC 2163 и привели к извержению из нее звезд и газа в виде длинных потоков, протянувшихся на сотню тысяч световых лет к правому краю изображения.