Галактики і метагалактика - студопедія

Найбільші і відносно відособлені скупчення космічної матері з високою часткою світяться об'єктів прийнято називати галактиками. Раніше вважалося, що це переважно зоряні скупчення. Більш детальне вивчення в останні десятиліття характеру руху їх внутрішніх частин показало, що невидима маса у них може багаторазово перевищувати масу видимих ​​зірок. Причому б # 972; Більша частина невидимої матерії знаходиться за межами видимої частини галактик. Вид цієї матерії поки невідомий, але цілком очевидно, що це не можуть бути масивні тіла або великі скупчення космічного пилу. Такі об'єкти легко реєструються на тлі більш далеких світяться галактик. По одному з припущень невидима маса може бути представлена ​​скупченнями нейтрино.

Сучасні характеристики форм і розмірів галактик засновані на оцінках їх видимих ​​(світяться) частин. Розміри можуть бути самими різними, аж до того, що існують поодинокі зірки і невеликі їх скупчення, що не входять ні в які галактики. Вказати розміри, починаючи з яких слід вважати скупчення галактиками, неможливо. Зазвичай галактиками називають скупчення, число зірок в яких перевищує сотні млн. Число зірок в найбільш великих галактиках може досягати трильйонів (≈10 12), а розміри - сотень тисяч світлових років.

Форма галактик також може бути будь-якою. Але, оскільки стійкими є тільки обертові скупчення, багато галактики мають форму тіл обертання (еліптичні або сферичні галактики). Переважають же у Всесвіті спіральні галактики. Це пояснюється тим, що великі маси мільярдів зірок поводяться подібно до деяких обсягами текучих газових або рідких середовищ, що складаються з частинок з відносно слабкими зв'язками. Із законів гідро- і газодинаміки відомо, що, отримуючи будь-які імпульси енергії (зовнішні впливи), такі маси приходять в рух з утворенням вихорів. Особливістю такого руху є поступове убування кутовий швидкості від центру вихору до периферії і, навпаки, лінійна швидкість від центру до периферії зростає. Щось подібне відбувається і при утворенні галактик, тому більшість з них є спіральними. Фотографія однієї з таких галактик представлена ​​на рис.4.2.

Рис.4.2. спіральна галактика

Подібним чином має і галактика, в яку входить наша Сонячна система. Наша галактика, яку іноді називають «Чумацький шлях», являє собою диск товщиною 1500 і діаметром близько 100 тис. Світлових років (≈10 18 км).

У центральній частині диска знаходиться ядро ​​сферичної форми, діаметр якого приблизно в кілька разів більше товщини диска. Сильна світність ядра обумовлена ​​високою концентрацією зірок, яка в 10 8 разів перевищує їх концентрацію в диску. Диск утворений двома закручуються спіральними гілками, як би виходять із ядра. Чумацький шлях на нічному небі відповідає напрямку екваторіальній площині (диска галактики).

Місце, приблизно відповідне розташуванню за наше Сонце, відзначено на рис.4.2 квадратом. Насправді Сонце знаходиться у відносно розрядженою області між двома спіральними гілками, на відстані приблизно 30 тис. Світлових років від центру галактики. Сонце, разом з найближчими зірками, рухається навколо центру галактики зі швидкістю 250 км / с і робить один оборот за 250 млн років.

Відстань до найближчої до нас зірки # 945; -Центавра становить близько 3 світлових років. Це означає, що в розріджених областях галактик відстані між зірками перевищує розміри самих зірок приблизно в десятки мільйонів разів. Середні міжзоряні відстані в ядрі на два порядки менше. Подолати такі відстані, летячи зі швидкістю світла, можна за кілька днів або тижнів. Імовірність випадкового зіткнення зірок в галактиці оцінюється величиною приблизно одного за 15 млрд років.

Кількість зірок у нашій галактиці складає близько 10 11. Число видимих ​​на небосхилі зірок залежить від гостроти зору і оцінюється величиною в середньому по 2 тисячі в кожній півкулі. Тобто всі видимі зірки - це лише одна стомлнная частина галактики. На рис. 4.2 така кількість не виходить за межі самої дрібної, ледве можна було розрізнити точки.

Зірки в усіх частинах галактики розподілені нерівномірно, у вигляді одиночних зірок, розсіяних і кульових скупчень. Розсіяні скупчення містять до декількох тисяч, а кульові - до сотень тисяч зірок. На рис.4.2 кульові скупчення виглядають у вигляді світних середніх і великих точок. У нашій галактиці таких скупчень налічується близько 100.

У спіральних гілках часто виявляються великі газові туманності, слабо розсіюють світло, і пилові хмари з сильним поглинанням світла. Так, кульова галактика в сузір'ї Центавра виглядає у вигляді двох половинок, розділених гігантським пиловим скупченням. Концентрація атомів водню в газових туманностях становить тисячі на см 3. в той час як в звичайному міжзоряному просторі ця величина не перевищує 0,1 на см 3. За даними В.І. Вернадського [9], в космічному просторі крім водню виявляються і атоми важких елементів: натрію (Na) - 6, калію (К) - 0,1 і кальцію (Са) - 0,001 на м 3. Для порівняння зазначимо, що концентрація молекул в нижніх шарах атмосфери Землі визначається величиною близько 10 19 на 1 см 3.

Кількість галактик, що спостерігаються в даний час, обчислюється мільярдами. Серед них зустрічаються і так звані радіогалактики, як, наприклад, радіогалактика в сузір'ї Лебедя. Випромінювання таких галактик в радіодіапазоні багаторазово перевищує їх випромінювання у видимій частині спектру. У центрах багатьох галактик протікають активні процеси, поки невивченою природи, що супроводжуються викидами матерії, річний обсяг якої відповідає млнам Сонць.

Галактики, як і зірки, розподілені в просторі нерівномірно і утворюють місцеві скупчення різної величини. Відстань між галактиками може бути дуже різним. Іноді вони майже стикаються один з одним, але зазвичай в місцевих скупченнях проміжки між ними можна порівняти з розмірами самих галактик.

Наша галактика входить у відносно невелике скупчення (близько 20), що має розміри не більше 1 млн світлових років. Найближчими супутниками нашої галактики є дві неправильні галактики: Велике і Мале Магелланові хмари. Трохи далі знаходиться галактика Туманність Андромеди, яка подібна до нашій галактиці і разом з нею становить основу місцевого скупчення. Туманність Андромеди крупніше нашої галактики і має пару дрібних еліптичних галактик-супутників. Дуже велике скупчення галактик, розташоване від нас на відстані 400 млн св. років, спостерігається в сузір'ї Волосся Вероніки і складається з 40 тис. галактик.

Сукупність всіх спостережуваних в даний час галактик прийнято називати Метагалактикою і ототожнювати її з усією Всесвіту. На думку деяких вчених, згодом від такого ототожнення доведеться відмовитися через можливість виявлення інших метагалактик.

Дослідження останніх десятиліть показують, що здається хаотичність розподілу галактик в масштабах млн світлових років, починає проявляти певну закономірність, якщо розглядати сукупності в масштабах мільярдів світлових років. Була розроблена комп'ютерна модель, яка дозволяла отримати розташування млн галактик, зображених точками в тривимірному просторі. Виявилося, що утворюється структура нагадує об'ємні осередки, подібні до бджолиних стільників або осередкам пористої губки. Стінки цих осередків складені скупченнями галактик, а центральні частини (порожнечі) практично не містять галактик. Пояснення цьому явищу поки не дано.