Реферат на тему:


Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск






Загрузка...
Галактика и квазары

Галактика и квазары

План

1. Солнце и Галактика

2. Метагалактика

3. Классификация галактик

4. Вращения галактик

5. Происхождение галактик

6. Гипотезы о происхождении галактик

7. Квазары. Открытие квазаров

8. Особенности квазаров

9. Распределение квазаров в пространстве

10. Гипотезы о происхождении квазаров

Солнце и Галактика

Солнце одна из ста пятидесяти миллиардов звезд, образующих гигантскую звездную систему Галактику. (Название нашей Галактики мы будем писать с большой буквы, все другие с малой). В Галактике различают плоскую подсистему, имеющую вид диска с утолщением посередине, и сферическую подсистему (гало), в которую этот диск погружен. Диск Галактики и ее сферическая подсистема содержат примерно одинаковое количество звезд. Солнце находится в галактическом диске и удалено от его центра на 2/3 радиуса диска. Радиусы диска и сферической подсистемы примерно одинаковы и составляют около 15 килопарсек (1 парсек (пс) это почти 3 световых года, или 3 см, 1 килопарсек (кпс) = 1000 пс, 1 световой год это расстояние, которое свет проходит за один год).

В диске Галактики, кроме звезд, является межзвездный газ и космическая пыль, масса которых составляет несколько процентов от массы звезд. В сферической подсистеме газа и пыли практически нет. Среди звезд диска достаточно много молодых звезд, тогда как в сферической подсистеме таких звезд почти нет. Видимый изнутри диск Галактики мы видим на небе в виде широкой полосы Млечного Пути.

Диск Галактики вращается как одно целое. В той части, где находится Солнце, линейная скорость вращения диска составляет 220-250 км / с. Звезды диска вращаются вокруг центра по почти круговых орбитах. У звезд сферической подсистемы, которые находятся недалеко от Солнца, скорость вращения вокруг центра Галактики раз в пять меньше, чем у звезд диска. Звезды сферической подсистемыдвижутся по вытянутым орбитам, их скорости 200-300 км / с.

Значительная часть звезд диска Галактики входит в состав различных групп. Не менее половины всех звезд образуют звездные пары; большими образованиями являются рассеянные скопления, содержащие до 1000 звезд, связанных взаимным притяжением. Молодые звезды диска вместе с облаками газа и пыли располагаются широкими полосами спиральными рукавами, яркими широкими дугами выходят из центральной части Галактики.

Распределение звезд в сферической подсистеме более или менее симметричный. Примерно тысячная их часть входит в состав больших скоплений, содержащих до миллиона звезд и называются шаровидными скоплениями.

Звезды в обоих подсистемах Галактики сгущаются к центральной части ее ядра, проявляет себя как источник повышенного радиоизлучения, а также излучения в инфракрасных, рентгеновских и гамма-лучах. С ядра, очевидно, происходит также утечки газа.

Светимость Галактики, то есть полная энергия, которую излучают все ее звезды за единицу времени, составляет Вт, что в сто миллиардов раз больше, чем светимость Солнца. Суммарная масса звезд Галактики оценивается величиной г, то есть составляет сто миллиардов масс Солнца. Массу и светимость Солнца как меру масс и светимостей звезд и звездных систем широко используют в астрофизике.

Галактика имеет протяженную корону, простирающаяся на расстоянии в десятки раз превышают размеры диска и сферической подсистемы. Полная масса короны в несколько раз превышает суммарную массу всех звезд в Галактике, но за больших размеров ее плотность небольшая по сравнению с плотностью, которую создают звезды и газово-пылевые облака.

Исследования показали, что, кроме видимых звезд, должны существовать еще какие-то массы, создают притяжения и распределены в гораздо большем объеме вокруг галактик. Существует предположение, что именно в короне и расположены эти "скрытые" массы.

Метагалактики

Почти все галактики образуют сгущения в изглактики типа SO и Sa.

До сих пор астрономы не могут договориться, в каком направлении вращаются спиральные галактики ли они закручиваются (то есть спирали отстают от вращения ядра), или же раскручиваются.

эллиптические галактики тоже вращаются, но очень медленно. По неправильных галактик таких данных нет.

Эти три типа галактик (спиральные, эллиптические и неправильные) Хаббл и другие астрономы изучали е в двадцатые тридцатые годы XX века. С тех пор появились сведения и о галактиках других типов, которые не согласуются с первоначальной классификации. Это, прежде всего, галактики с активными ядрами и мощным радиоизлучением.

Одним из объектов такого класса открытые в шестидесятые годы квазары (квазизвездные радиоисточников). В них звездная составляющая не наблюдается: она либо вообще отсутствует, либо, что более вероятно, незаметна на фоне огромной светимости плотного ядра, достигает Вт, то есть в десять тысяч раз больше светимости Галактики.

Радиоизлучения квазаров можно сравнить по интенсивности с их оптическим излучением. Существует разновидность квазаров с низким уровнем радиоизлучения. Такие Объекты называют квазаг, то есть квазагалактикамы.

Происхождение галактик

Возраст Солнца превышает 5 млрд. Лет, а старейших звезд во Вселенной 10 млрд. Лет. Молодые звезды рождаются и начинают свою эволюцию на наших глазах из облаков газа и космической пыли. Звезды образуют системы, отличающиеся по размерам и массами: звездные пары и группы, скопления, ассоциации, галактики. Иерархия астрономических систем не исчерпывается галактиками, а продолжается до скоплений галактик и надгалактик.

История космических структур насчитывает 12-18 млрд. Лет. К образованию современных планет, звезд, галактик вся их вещество представляла собой горячую водородно-гелиевую плазму, равномерно распределенную в мировом пространстве. Накопленные за многие века знания и особенно открытия, сделанные в XX веке, позволили составить некоторое представление о властивосте космической среды в дозвездного, догалактичну эпоху, о физических процессах, которые привели формирования современной структуры Вселенной, и о космических процессах, продолжаются и в наше время.

Современные представления о возникновении астрономических структур опираются на космологическую теорию, дает общую схему развития Вселенной как целого. Космология пренебрегает такими "деталями" устройства Вселенной, как звезды, галактики, даже целые скопления и сверхскопления галактик, рассматривая их как «точки», хаотично двигаются и составляющих, как газ из молекул, метагалактичне среду. Средняя плотность мета-галактического среды однородная, то есть одинаковая, когда речь идет о расстоянии, превышающих 100-300 МПС.

Космология утверждает, что все пространство Вселенной находится в состоянии расширения, причем расширяется именно пространство, а не увеличиваются расстояния, например, между галактиками. Этот вывод касается только крупных объектов, протяженность которых составляет 100-300 МПС и более. Внутри же этих объемов звезды и галактики не подвержены космологического расширения. Не происходит такое расширение и в пределах нашей Солнечной системы.

Возраст Галактики как звездной системы близок к возрасту ее старейших звезд и составляет 10-12 миллиардов лет. Вероятно, процесс формирования астрономических тел, которые мы сегодня наблюдаем, начался 12-15 миллиардов лет назад.

Но с чего это началось из самых или из крупнейших объектов? Многие факты указывают на то, что первыми "вышли" из космологического расширения огромные массы вещества, сравнимые с массами скоплений галактик. Позже начался процесс дробления этих масс и внутри них постепенно сформировалась вся иерархия астрономических систем. Такую гипотезу выдвинул Я. Б. Зельдович.

Другая точка зрения предполагает возникновение сначала более мелких тел, впоследствии увеличивались, сливались. Эту идею развивали Дж. Пиблс и Р. Дикке. Они предполагают, что первыми объектами во Вселенной могли быть объекты с массами, сравнимыми с миллионом солнечныхмасс; постепенно сливаясь, они образовывали галактики; объединение галактик, в свою очередь, создавало их скопления.

Гипотезы о происхождении галактик

У1946 году Е. М. Лифшиц обосновал теорию гравитационной неустойчивости, которая базировалась на фридманивський космологии. Гравитационная неустойчивость, присущая однородной среде, которая расширяется, проявляется в том, что отдельные части, плотность которых по каким-то причинам оказалась немного больше, чем общая плотность среды, расширяются несколько медленнее, чем среда в целом. Это связано, вероятно, с тем, что в таких местах притяжения сильнее, и поэтому оно эффективнее тормозит расширение.

Постепенное отставание в расширении, торможение расширения в ячейках сгущения рано или поздно приводит к тому, что расширение этих сгущений вовсе прекращается и они "отключаются" от общего космологического расширения. При этом слабые в прошлом возмущения превращаются в сильные.

Эта теория получила свое дальнейшее развитие в работах Я. Б. Зельдовича. По теории Зельдовича, в течение первых 2-3 миллиардов лет от начала расширения в веществе Вселенной сформировались огромные по размерам газовые сгущения, содержащих около солнечных масс вещества. Эти сгущения были НЕ сферическими, а, скорее, несколько плоскими. Они получили название "блинов". Указанные сгущения возникали не изолированно друг от друга; многие из них соединялись своими краями, образуя систему сгущений и пустот, отдаленно напоминает пчелиные соты.

Такая теоретическая картина хорошо согласуется с данными наблюдений за крупнейшими образованиями во Вселенной сверхскоплениями, которые тоже представляют собой "стенки", отделяющие огромные пустоты, почти полностью лишены галактик. Вероятно, с первобытных газовых "блинов" и сформировались сверхскопление путем дробления этих слоев на различные по массе и размерам фрагменты. Отдельные фрагменты превращались впоследствии на галактики, дробились на все меньшие сгустки, которые, сжимаясь, превращались, зрештою, на звезды. Причиной последовательного дробления вещества есть все то же ньютонов "врожденное притяжения" одной частицы ко всем остальным, которое повлекло возникновение и самых первобытных "блинов".

Галактики, которые формируются таким путем, должны иметь быстрое вращение, свойственное спиральным галактикам. Это вращение имели уже газовые фрагменты, на которые распадался каждый из "блинов", хотя никакого начального вращения «блина» как целого не было. Вращения фрагментов обусловлено вихревым движением, который, оказывается, неизбежно рождается на границах "блинов" и внутри них самих, когда эти слои сгущения окончательно выделяются и отделяются из общего распределения вещества во Вселенной, который расширяется.

Согласно этой теории квазары могут возникать одновременно с галактиками и становиться их ядрами.

Я. И. Озерной и А. Д. Чернин выдвинули гипотезу "фотонных вихрей". Согласно этой гипотезе на ранней стадии расширения вещество Вселенной находилась в турбулентном состоянии: излучение вместе с плазмой образовывало огромные "фотонные вихри". Сначала скорость вихревых движений была дозвуковой, так вихри создавали относительно небольшие очаги неоднородной плотности. Позже, в силу определенных причин, вихревые движения переходят в сверхзвуковую стадию. Это вызывает неоднородную плотность.

В качестве первой, так и второй гипотезу можно назвать конденсационными: в обоих случаях галактики образуются в результате сжатия (конденсации) газовых сгустков. Противоположные взгляды выразил В. А. Амбарцумян. Он считал, что новые галактики и спиральные рукава возникают за счет вещества, содержащегося в ядрах галактик, в которых, кроме звездной составляющей, есть значительные массы дозвездного вещества. Согласно этой гипотезе квазары могут быть обнаженными ядрами, представляя собой начальную стадию развития галактик.

Квазары. Открытие квазаров

Сразу же после Второй мировой войны, когда началось строительство крупных радиотелескопов, астрономы получили возможность проводить наблюдение за всем небом, измеряя в каждой дилянци интенсивность радиоволн, которые поступали из космоса. Так, было обнаружено несколько сотен ячеек, из которых следовало более или менее сильное радиоизлучение. Сначала предполагали, что источником этого излучения являются звезды. Однако вскоре стало понятно, что ни один источник радиоизлучения нельзя отождествить со звездами.

Действительно, в радиодиапазоне звезды представляют собой "темные" объекты. Как и любое тело с температурой, отличной от абсолютного нуля, звезды излучают не только в видимой, но и в длинноволновой части спектра (т.е. в радиодиапазоне), но в горячих тел (а звезды горячие тела) интенсивность излучения в области длинных волн ничтожно мала по сравнению с интенсивностью излучения в видимой части спектра. Поэтому излучением звезд в радиодиапазоне, конечно, можно пренебречь (хотя известны и исключения некоторые переменные звезды и пульсары). Достаточно сильное радиоизлучение также в некоторых туманностей (например, в знаменитой Крабовидной туманности).

Вместе с тем большинство открытых радиосигналов относится к внегалактического мира.

Оказалось, что угловые размеры квазаров очень малы, поэтому их можно спутать с объектами, которые имеют вид звезд. Позже выяснилось, что спектры квазаров не похожи ни на спектры звезд, ни на спектры галактик.

Все трудности удалось преодолеть в 1962 году, когда одна из неопознанных радиоисточников закрыл Луну. Оказалось, что это радиоисточник было двойным, причем складывалось оно со слабой звезды и "радиовикиду". Тогда же было идентифицировано еще несколько радиоисточников с очень слабыми звездами. Поэтому эти объекты стали называть "квазизвездные радиоисточниками", или "Квазар".

Особенности квазаров

Исследование спектров квазаров показало, что их линии очень сильно смещены в сторону длинных волн. Ни одна из галактик не сказывала раньше такого красного смещения в своем спектре. Красное смещение в спектрах галактик следствие их взаимного разбиган ния. Из закона Хаббла следует, что величина красного змищения зависит от расстояния до источника. Эту формулу используют, определяя расстояния до галактик.

Оказалось, что квазары удаляются от нас со скоростями, составляют в среднем 0,8 с, а находятся на расстояниях около 1200000000 световых лет. Таким образом, чтобы преодолеть расстояние от этих объектов к нам, светлую нужны миллиарды лет. Вместе с тем это означает, что сегодня мы видим их такими, какими они были миллиарды лет назад.

В настоящее время известно более двух тысяч квазаров. Наибольшую мощность, превышающую светимость Галактики в видимом диапазоне света в 1000-10000 раз, имеет квазар ЗС273. Оптическое излучение этого квазара является чрезвычайно неустойчивым: за период около года его светимость менялась в десятки и сотни раз. Рекордно быстрая сменяемость у одного из квазаров около 200 с. Это означает, что величина его излучающей зоны не превышает 200 световых секунд, что вдвое меньше, чем радиус земной орбиты.

Что касается красного смещения квазаров, то здесь также есть рекордсмены.

Больше всего красное смещение имеет величину.

Когда значение красного смещения больше единицы, формулы, связывающие его згливидкистю удаления источника и расстоянием до него, уже неприменимы. Дело в том, что скорости космологического удаления дальних квазаров приближаются к скорости света и, кроме того, на гигантских расстояниях до них проявляются свойства кривизны пространства-времени. Поэтому существует некоторая неопределенность в расчетах расстояний до квазаров. Крупнейшем красном смещению Z = 3,78 соответствует расстояние 12-16 млрд. Световых лет. Свет, который мы воспринимаем в данный момент, такой квазар излучал 12-16 млрд. Лет назад; в то время ни Земли, ни Солнца еще не было.

Квазары представляют собой совершенно новый тип космических объектов. Поэтому открытие квазаров в астрономии можно сравнить с открытием нового вида животных в зоологии.

фотопластинки рядом с изображением квазара фиксирует изображение множества объектов это галактики. Если рассчитывать расстояния до квазаров так же, как и до галактик, то расстояние до квазара ЗС278 равен 3 млрд. Световых лет / для квазара ЗС9 12 млрд. Световых лет! На таких расстояниях обычную галактику наблюдать невозможно.

Зная расстояние до квазара и его видимую звездную величину, нетрудно рассчитать светимость квазаров. Она оказалась фантастической. Астрономы были поражены: объект, который по внешнему виду ничем не отличается от звезды, излучает в сто раз больше энергии, чем вся наша Галактика с ее 150 миллиардами звезд. Но удивление вырос еще больше, когда было обнаружено изменчивость квазаров, а благодаря им их размеры. Оказалось, что размеры эти не такие большие они, как правило, не превышают несколько световых дней.

Распределение квазаров в пространстве

Заслуживает внимания вопрос о распределении квазаров в пространстве. Было установлено, что квазары распределены в пространстве изотропно по направлениям, но очень неравномерно по расстояниям: наибольшее число квазаров находится на расстояниях, для которых величина красного смещения Z = 2-5-3. Но мощность квазаров настолько велика, что их можно было бы увидеть и на расстояниях, соответствующих красному смещению Z = 5. Почему же их там не видно?

Световой луч от ближайшего к нам квазара достигает Земли за 260 000 000 лет, а от наиболее удаленного за +12000000000 лет. Таким образом, мы видим эти объекты не такими, какие они есть в данный момент, а какими они были 12000000000

Загрузка...

Страницы: 1 2