Вопросы для самоконтроля

1. Из чего исходил Эйнштейн для создания модели стационарной Вселенной?

2. Почему Эйнштейн использовал отталкивающую силу для создания модели стационарной Вселенной?

3. В каких случаях проявляется отталкивающая сила?

4. Какие модели Вселенной установил Фридман?

5. Чему равна критическая плотность Вселенной по Фридману?

6. Чему равна средняя плотность Вселенной, по оценкам астрономов?

7. Какой факт утверждает о том, что наша Вселенная расширяется?

8. Есть ли факты, считать, что наша Вселенная является пульсирующая?

9. Что утверждает модель Эйнштейна - де Ситтера?

10. Чем отличается модель «раздувающейся Вселенной» от модели «Большого взрыва»?

11. Какие факты подтверждают модель «раздувающейся Вселенной»?

12. В чем суть, космологической модели, основанной на идеях Альфена?

13. Какие прогнозы существуют о дальнейшей эволюции Вселенной?

Тема 18. Галактики и звезды

18.1. Галактики

Наука, изучающая движение и строение небесных тел, их систем и Вселенной в целом, называется астрономией, а наука, изучающая происхождение и развитие небесных тел называется космогония. Расстояния между космическими объектами измеряются, при помощи: парсека (пс), астрономической единицы (а.е.) и светового года (с.г.). Парсек – это сокращенное сочетание слов параллакс и секунда, он равен 3,086·10¹³ км. Годичный параллакс – это угол, под которым видно с расстояния парсека большую полуось земной орбиты, расположенной перпендикулярно лучу зрения. Астрономическая единица – это расстояния между центрами Земли и Солнца, оно равно 150 млн. км. Световой год – это расстояние, которое свет проходит за один год, оно равно 9,46·10¹² км. Соотношения между ними имеет вид:

1 пс=206265 а.е.=3,263 с.г.=3,086ּ10¹³ км.

Созвездие Проксима находится от нас на расстоянии 1,31 пс, а Альфа Центавра – 1,33 пс, известная, самая яркая звезда, Сириус (Альфа Большого Пса) находится на расстоянии 2,66 пс.

До формирования, галактики представляют собой медленно вращающееся газовое облако. Под действием гравитации облака сжимаются. При сжатии, скорость вращения возрастает. Так формируются газовые диски и от них в разных точках образуются звезды галактики. Зоны активного звездообразования в Галактике Млечного пути – это созвездия Ориона и спиральные рукава Галактики, где имеются плотные газовые облака.

Американский астроном Эрвин Хаббл в 20-е годы ХХ века установил, что все туманные пятна являются галактиками. Первый каталог туманностей и звездных скоплений в 1781 году описал французский астроном Шарль Мессе. В настоящее время во Вселенной обнаружены галактики разных типов, их число около десяти триллионов (10¹³).

Эрвин Хаббл разделил галактики, по внешнему виду на четыре типа: спиральные (60%), линзообразные (22%), эллиптические (14%) и неправильные (4%).

Масса Галактики Млечного пути (ГМП) равна М_Г=2·10¹¹·Мс (М_С=2∙10³⁰ кг). Греческое слово галактика означает млечное, т.е. молочное. Диаметр ГМП Д_Г=30 кпс, а диаметр ядра ГМП Д_ЯГ=2 кпс. Ядро ГМП находится в направлении созвездия Стрельца. Нейтральный водород галактики излучает радиоволны, длиной 21 см. Индукция магнитного поля ГМП равна около 10^–10 Тл.

В эллиптических галактиках имеются звезды - сверхгиганты с массой 10¹³М_с. На небе ночью видна яркая белесоватая полоса – это и есть наша ГМП. Английский астроном Уильям Гершель установил, что протяженность ГМП порядка 25 кпс. Солнечная система находится между двумя рукавами, на расстоянии 10 кпс от центра ГМП.

Предполагают, что наша Галактика образовалось 13 млрд. лет назад. Молодые звезды имеют больше тяжелых элементов, чем старые. Астрономы, определяют их возраст по «жирности» линии железа на спектре источника излучения. Из распределения звезд ГМП по небу следует, что они образуют круговой диск размером около 3000 пс. Среднее расстояние между звездами в нашей Галактике примерно 3 пс. Отсюда число звезд в ГМП, равное около 100 млрд. ГМП имеет спиралевидную форму.

От далеких звезд ГМП свет идет до Земли десятки тысяч лет. Для земного наблюдателя спиральные ветви экваториального пояса ГМП проецируются в виде светлой полосы Млечного Пути, составляющего основу Галактики. Другие галактики видны в телескоп, как небольшие туманные пятна. Среднее расстояния между галактиками примерно 2 млн. световых лет.

В ГМП осталось около 5% газа, который, в основном, сконцентрирован в нескольких спиральных рукавах Галактики. В галактике Стрельца обнаружен мощный источник радиоизлучения. Предполагают, что галактика имеет массивную черную дыру. Ядра массивных галактик выбрасывают вещество со скоростью 600 км/с.

В 1923 г. Эрвин Хаббл открыл в галактике Андромеды несколько переменных звезд и цефеид. По периодам колебания блеска цефеиды, он определил расстояния до них – 22 млн. световых лет. Так было установлено, что спиральная туманность М31 – галактика Андромеды, находится вне нашей галактики.

В тридцатые годы ХХ века Эрвин Хаббл подсчитал, что число галактик до 20-й звездной величины равно 1283 и нашёл, что на один квадратный градус на небесной сфере приходится в среднем 131 галактика. Небесная сфера содержит 41253 квадратных градусов, поэтому общее число галактик до 20 звездной величины равно 5,4 млн. Хаббл, пришёл к выводу, что галактики распределены в пространстве почти равномерно.

Галактики, излучающие радиоволны называют радиогалактиками, например, галактика Лебедь-А в созвездии Лебедя. Механизм нетеплового радиоизлучения галактик ученые объяснили так: реликтовые излучения, двигаясь в сильных магнитных полях по воронке, генерируют радиоволны разных частот.

Около 3 млн. лет назад от галактики М82 в созвездии Большой медведицы с огромной скоростью было выброшено вещество объемом в 6 млн. солнечных масс. Взрыв произошел с выбросом энергии в 10⁵⁸ эрг, эквивалентным одновременной вспышке 10 млн. сверхновых звезд.

Американский астроном К. Сейферт, в 1943 году открыл активные спиральные галактики. Он описал 12 таких галактик (галактики Сейферта). Сейчас известно 100 таких объектов. Из ядра галактики Сейферта выбрасывается огромное количество газов в виде непрерывной струи или отдельных компактных облаков. В 1963 году советский астроном Б. Е. Маркарян выделил 600 галактик (галактики Маркаряна) с повышенной долей излучения в УФ области. Ученные связывали активность ядер галактики Маркаряна, с взрывами в их ядрах.

Скопление галактик. Галактики образуют группы и скопления. Скопление галактик бывает рассеянным и шаровым. Например, на расстоянии около 20 Мпс, в созвездии Девы, находится ближайшее к нам гигантское скопление галактик. Радиус этого скопления около 11 Мпс. Другое скопление находится в созвездии Волосы Вероники на расстоянии 130 Мпс и состоит примерно из 40 тысяч галактик.

Ближайшее к нам скопление галактик – это Местная группа галактик, в которое входит около 30 галактик, в том числе наша Галактика. Диаметр Местной группы галактик около 3 Мпс. Ближайшая к нам галактика – это Большие и Малые Магеллановы облака. Они видны невооруженным глазом в Южном полушарии неба. Расстояние до них 50 кпс.

Самая большая галактика в Местной группе галактик – это галактика Андромеды. Она находится в северном полушарии неба, видна невооруженным глазом. Расстояние до нее 500 кпс. Андромеда – это самая яркая спиралевидная галактика. В галактике Андромеды обнаружено около 300 шаровых звездных скоплений, наблюдались вспышки более 200 новых звезд и одной сверхновой. Галактика Андромеды имеет четыре спутника - карликовые эллиптические галактики.

Местная группа галактик, как одно целое, движется в пространстве среди соседних с нею галактик. Они связаны между собою физически и общностью происхождения.