Створення галактики. Неправильні галактики каталогу Месьє

На даний момент задовільної теорії виникнення та еволюції галактик не існує. Є кілька конкуруючих гіпотез, що пояснюють це, але кожна має свої серйозні проблеми. Згідно з інфляційною гіпотезою, після виникнення перших зірок у Всесвіті почався процес гравітаційного об'єднання їх у скупчення і далі в галактики. Останнім часом ця теорія поставлена ​​під сумнів. Сучасні телескопи здатні "зазирнути" так далеко, що бачать об'єкти, що існували приблизно через 400 тис. років після Великого вибуху. Виявилося, що і на той момент вже існували цілком сформовані галактики. Передбачається, що між виникненням перших зірок і вищезазначеним періодом розвитку Всесвіту пройшло дуже мало часу, і згідно з теорією Великого вибуху, галактики сформуватися просто не встигли б.

Інша поширена гіпотеза у тому, що у вакуумі постійно відбуваються квантові флуктуації. Відбувалися вони і на початку існування Всесвіту, коли йшов процес інфляційного розширення Всесвіту, розширення з надсвітловою швидкістю. Це означає, що розширювалися і самі квантові флуктуації, причому до розмірів, можливо, у багато разів перевищують свій початковий розмір. Ті з них, які існували в момент припинення інфляції, залишилися «роздутими» і таким чином виявилися першими неоднорідностями, що тяжіють у Всесвіті. Виходить, що матерія мала близько 400 тис. років на гравітаційне стиснення навколо цих неоднорідностей і утворення газових туманностей. А далі розпочався процес виникнення зірок та перетворення туманностей на галактики.

Астрономи пов'язують утворення зірок з конденсацією в міжзоряному середовищі дифузного розрядженого газово-пилового середовища. У 1939 році було встановлено, що джерелом зіркової енергії є термоядерний синтез, що відбувається в надрах зірок. У надрах чотири протона з'єднуються через ряд проміжних етапів в одну альфачастицю (ядро гелію). Щороку в Галактиці "вмирає" щонайменше одна зірка, оскільки в неї вичерпується запас ядерного палива. Отже, щоб зоряне плем'я не виродилося, необхідно, щоб стільки ж зірок утворювалося в нашій Галактиці. Для того, щоб протягом довгого часу Галактика зберігала незмінним розподіл зірок за класами світності, температури, в т.ч. за спектральними класами, необхідно, щоб у ній автоматично підтримувалася динамічна рівновага між зірками, що народжуються і гинуть. У Галактиці час життя зірки з масою менше сонячної більше, ніж більшої зірки, оскільки термоядерні процеси при більшому тиску та вищій температурі йдуть швидше. Чим більша маса зірки, тим менше вона існує як зірка – тим менше вона живе.

Сучасна астрономія має у своєму розпорядженні велику кількість аргументів на користь утворення зірок шляхом конденсації хмар газово-пилового міжзоряного середовища. Тому кількість зірок у рукавах галактик більше, ніж у міжрукавних просторах, та й свічення зірок у рукавах яскравіше, там нерідко відбуваються спалахи наднових зірок. Передбачається, що спалах наднової пов'язана з тим, що на ній починає "горіти" гелій, в результаті термоядерного синтезу ядер гелію утворюються ядра вуглецю. При гелієвій реакції термоядерної енергії виділяється більше, ніж за водневої. Така зірка буквально вибухає, скидаючи із себе частину атмосфери, що складається з водню.

Щоб пройти ранню стадію еволюції, протозіркам потрібно порівняно небагато часу. Якщо, наприклад, маса протозірки більша за сонячну, потрібно лише кілька мільйонів років, а якщо менше, то кілька сотень мільйонів років. Так як час еволюції протозірок порівняно невеликий, цю ранню фазу розвитку зірок виявити дуже важко. На цій першій стадії еволюції протозірка збирає газоподібний водень та пил з галактичних хмар, через що маса її збільшується, воднева атмосфера стає все більш потужною, тиск у нижньому шарі атмосфери протозірки зростає. Нарешті, тиск атмосфери та її температура на протозірці стають такими, що починається термоядерна реакція синтезу гелію з водню. У цей момент протозірка перетворюється на зірку. Вона перестає стискатися, хоч і продовжує захоплювати водень з галактичних хмар. Її обсяг і випромінювання підтримується термоядерними реакціями, що у нижніх областях атмосфери.

Час рівноважного світіння зірки визначається її первісною масою та надходженням водню з навколишнього простору. Якщо надходження водню на зірку збільшується, вона розгорається яскравіше, якщо потік водню знижується, то світіння зірки зменшується до повного припинення, у своїй зірка згасає. Але якщо надходження водню знову збільшується, то зірка може спалахнути знову, у її атмосфері знову йде синтез гелію, що накопичується у нижніх шарах атмосфери зірки. Якщо ядер гелію накопичиться дуже багато, то тиск і температура в нижньому шарі атмосфери гелію досягнуть такої величини, що почнеться синтез ядер вуглецю з ядер гелію. При цьому енергії виділиться стільки, що станеться вибух, перехід зірки з водневого палива на гелієве спричинить спалах наднового. При цьому значна кількість водню буде викинута в навколишній простір. Навколо гелієвої зірки утворюється сферична хмара – міхур, у центрі якого випромінюватиме енергію яскрава гелієва зірка.

Вигоряння водню відбувається, а приплив його послаблюється, оскільки зірка потрапляє у міжрукавний простір галактики. Рано чи пізно за недостатнього надходження ззовні водень на зірці майже весь вигорить, вірніше, його залишиться ще багато, але тиск і температура в зоні термоядерної реакції знизиться, і припиниться реакція. У цьому випадку зірка просто згасне. Охолоджувальна атмосфера при цьому почне стискатися під дією сил гравітації, не врівноважених виділенням теплової енергії. При стисненні температура водню і гелію, що залишився, буде підвищуватися, утворюється дуже щільна гаряча область, що складається з гелію з невеликою домішкою більш важких елементів. У цій щільній гарячій області ядерні реакції не відбуватимуться, але вони досить інтенсивно протікатимуть на периферії ядра зірки – порівняно тонкому шарі. Світність зірки та її розміри знову почнуть зростати. Зірка при цьому ніби розбухне і почне перетворюватися на червоного гіганта.

Після того як температура щільного гелієвого ядра зірки червоного гіганта, що стискається, досягне 100–150 млн. градусів Кельвіна, там почне йти нова ядерна реакція: утворення ядра вуглецю з трьох ядер гелію. Щойно розпочнеться ця реакція, стиснення атмосфери зірки знову припиниться.

Під час вибуху зірка скидає значну частину своєї атмосфери; цей процес називається утворенням планетарних туманностей. Коли відокремиться зовнішня оболонка зірки, оголюються її внутрішні дуже гарячі шари. При цьому скинута оболонка буде розширюватися, все далі і далі відлітаючи від зірки. Такі явища виявлені у Космосі та відображені на фотографіях.

Потужне ультрафіолетове випромінювання зірки – ядра планетарної туманності іонізуватиме атоми в скинутій оболонці, збуджуючи їх свічення. Спектр цього світі пов'язаний з атомарним складом планетарної туманності. Через кілька десятків тисяч років оболонка навколо зірки розсіється, і залишиться лише невелика дуже гаряча щільна зірка. Поступово, повільно остигаючи, вона перетвориться на білого карлика, а той, зрештою, стане чорним карликом – суперпланетою з дуже високою щільністю. Чорні карлики – це "мертві", охололі тіла дуже великої щільності, вони в мільйони разів щільніші за воду. Їх розміри можуть бути меншими за розміри земної кулі, хоча маси їх можна порівняти з сонячною масою. Процес охолодження білих карликів триває багато сотень мільйонів років. Так, мабуть, помирає більшість зірок.

Таким чином, білі карлики ніби визрівають усередині зірок червоних гігантів і з'являються на світ після відокремлення зовнішніх шарів атмосфери гігантських червоних зірок. В інших випадках скидання зовнішніх шарів може відбуватися шляхом утворення планетарних туманностей, а шляхом поступового закінчення атомів. Так чи інакше білі карлики, у яких ядерні реакції синтезу гелію з водню припинилися, світять завдяки реакції синтезу вуглецю з гелію. Білі карлики поступово знижують світіння у міру витрати запасів гелію і переходять у стан невидимих ​​чорних карликів. Справа в тому, що у просторі галактик гелієві зірки не можуть поповнити запас свого ядерного палива – гелію. Там його просто немає або є дуже мало.

Процес утворення зірок із міжзоряного газово-пилового середовища відбувався і в нашій Галактиці, він відбувається безперервно.

У процесі еволюції зірка повертає у міжзоряний простір значну частину своєї маси, спочатку у вигляді випромінювання та зоряного вітру з гарячої плазми, а потім у результаті утворення планетної туманності. З матерії, у тому числі з плазми та газу, викинутого зіркою, у Космосі знову утворюватимуться нові молоді зірки, які у свою чергу проходитимуть ті ж стадії розвитку та перетворюватимуться на чорних карликів. Одним словом, через зірки в галактиках здійснюється кругообіг матерії – речовини та енергії.

До проблеми еволюції галактик вчені почали серйозно підходити в середині 40-х років ХХ століття. Ці роки ознаменувалися рядом важливих відкриттів у зоряній астрономії. Вдалося з'ясувати, що серед зоряних скупчень, розсіяних та кульових, є молоді та старі, і вчені навіть змогли оцінити їхній вік. Потрібно було зробити своєрідну перепис населення галактиках різних типів і порівняти результати. У яких галактиках (еліптичних чи спіральних), у яких класах галактик переважають молодші чи старіші зірки. Таке дослідження дало б ясну вказівку на напрямок еволюції галактик, дозволило б з'ясувати еволюційний сенс класифікації галактик Хаббла.

Але колись астрономам треба було з'ясувати чисельне співвідношення між різними типами галактик. Безпосереднє вивчення фотографій, отриманих в обсерваторії Маунт Вілсон, дозволило Хаблу отримати такі результати: еліптичних галактик – 23%, спіральних – 59%, спіральних із перемичкою (баром) – 15%, неправильних – 3%. Однак у 1948 р. астроном Ю.І. Єфремов опрацював дані каталогу галактик Шеплі та Еймса і дійшов таких висновків: еліптичні галактики в середньому на 4 зіркові величини слабші за спіральні за абсолютною величиною. Серед них багато галактик карликів. Якщо зважити на цю обставину і зробити перерахунок кількості галактик в одиниці об'єму, то виявиться, що еліптичних галактик приблизно в 100 разів більше, ніж спіральних.

Більшість спіральних галактик – це галактики гіганти, більшість еліптичних галактик – галактики карлики. Звичайно, серед тих та інших існує певний розкид у розмірах, є еліптичні галактики гіганти та спіральні карлики, але тих та інших дуже мало.

У 1947 році Х. Шеплі звернув увагу на те, що кількість яскравих надгігантів поступово зменшується в міру переходу від неправильних галактик до спіральних, а потім до еліптичних. Виходило, що молодими були саме неправильні галактики та галактики з сильно розгалуженими гілками. Шеплі тоді ж висловив думку, що перехід галактик з одного класу до іншого відбувається необов'язково. Можливо, що галактики утворилися такими, якими ми їх спостерігаємо, а потім лише повільно еволюціонували в напрямку згладжування та округлення їх форм. Односпрямованої зміни галактик, ймовірно, не відбувається.

Х. Шеплі звернув увагу ще на одну важливу обставину. Подвійні галактики – це результат зіткнення і захоплення однієї галактики інший. Нерідко у таких парах співіснують спіральні галактики з еліптичними. Такі галактичні пари, ймовірно, разом і виникли. І тут припустити, що вони пройшли значно різний шлях розвитку, не можна.

1949 року Б.В. Кукаркін звернув увагу до існування як парних галактик, а й скупчень галактик. Тим часом вік скупчення галактик, судячи з даних небесної механіки, не може перевищувати 10–12 млрд. років. Отже, виходило, що у Метагалактиці практично одночасно утворилися галактики різних форм. Отже, перехід кожної галактики за час її існування з одного типу до іншого зовсім необов'язковий.

Космогонічні концепції А.І. Лебединського та Л.Е. Гуревича

Створюючи свою гіпотезу, А.І. Лебединський виходив з таких основних припущень: 1 – галактики утворилися з розрідженої дифузної речовини, що заповнювала (і заповнювала) Метагалактику; 2 – галактики виникали неодночасно, тому деякі з них утворювалися, коли інші вже існували; 3 – умови у метагалактичному просторі у період формування галактик мало відрізнялися від сучасних. Масу газу, з якої утворилася галактика, А.І. Лебединський назвав протогалактикою. Він думав, що на початок стиснення стан протогалактики було квазистатическим, тобто майже незмінним. Потім якісь поступові кількісні зміни стану протогалактики (наприклад збільшення щільності) призвели до того, що вона почала стискатися. Цьому могли сприяти й втрати енергії молекул газу при зіткненні з твердими порошинками.

Далі стиснення протогалактики відбувається майже за Джинсом: спочатку сферична туманність обертається і сплющується, а стискаючись, починає обертатися все швидше, що призводить до її сплощення, до того ж нічим не обмеженого. Але протогалактика – це зовсім не еліптична туманність, тому що в ній немає зірок і ми не можемо її помітити.

Але на деякій стадії стиснення і сплощення в протогалактиці виникають згущення, спочатку великі, в тисячі світлових років діаметром, потім все більш і дрібніші. Найбільші дадуть потім початок зірковим хмарам, менші – зоряним скупченням, ще менші – зіркам. Освіта зірок відбувається шляхом гравітаційної конденсації. Зірки з'являються найбільш сплощених спіральних галактиках. Спіральні гілки виникають тому, що в сплощених системах це енергетично вигідно. При малому уплощении – такому, як і еліптичних галактик, – формування спіралей і зірок неможливе.

Ця теорія пояснила багато проблем - такі, як утворення міжзоряних магнітних полів і магнітних полів біля зірок, процеси прискорення заряджених частинок, утворення складних елементів структури. Космогонічна концепція А.І. Лебединського та Л.Е. Гуревича стала важливим етапом у розвитку космогонії галактик, але й у ній є слабкі сторони. По-перше, в ній постулювалося існування протогалактик, що ніким не спостерігалися (ні раніше, ні потім). По-друге, автори гіпотези не дали пояснення спіральній структурі галактик, обмежившись зауваженням про енергетичну вигідність цієї структури. Обговорення цього питання А.І. Лебединський обіцяв провести у другій частині своєї роботи. На жаль, ні він, не Л.Е. Гуревича так і не зробили цього, і друга частина роботи не була опублікована.

Роботу над цією проблемою продовжив 1958 року ленінградський теоретик Т.А. Агекян. Вивчивши еволюцію систем, що обертаються, взаємно притягуються тіл, що мають форму фігур рівноваги, Т.А. Агекян врахував можливість їх дисипації, тобто залишення системи окремими зірками.

Теорія (гіпотеза) Великого вибуху

Всі гіпотези, які намагаються пояснити походження галактик, як аксіома використовують теорію Великого Вибуху, в результаті якого утворився Всесвіт. Згідно з цією теорією, весь Всесвіт утворився в результаті вибуху: спочатку сформувався гарячий "газ" з елементарних частинок, який, охолоджуючись при розширенні Всесвіту, утворював структури: атомні ядра, атоми, молекули; хмари цього газу потім стискалися під дією гравітації в галактики та зірки. На те, що з такої гіпотези Великого Вибуху випливають абсурдні висновки про кінцівку Всесвіту, чомусь не звертають особливої ​​уваги. Схоже, що ця гіпотеза, яку поспішили назвати теорією, просто засліпила уми більшості астрономів та астрофізиків.

Отже, що каже гіпотеза Великого вибуху. Під час ери випромінювання (згідно з цією гіпотезою, спочатку було світло!) тривало стрімке розширення космічної матерії, що складається з фотонів, серед яких зустрічалися вільні протони та електрони, і вкрай рідко – альфа частки. Фотонів було в мільярд разів більше, ніж протонів та електронів. У період ери випромінювання протони та електрони в основному залишалися без змін, зменшувалася лише їхня швидкість. З фотонами справа була набагато складніша. Хоча їх швидкість залишилася колишньою, протягом ери випромінювання гамма-фотони поступово перетворювалися на фотони рентгенівські, ультрафіолетові і фотони світла. Речовина і фотони до кінця цієї ери остигли настільки, що до кожного протону міг приєднатися один електрон. При цьому відбувалося випромінювання одного ультрафіолетового фотона або декількох фотонів видимого світла. Так утворювався атом водню і так виник водневий Всесвіт. Це була перша система частинок у Всесвіті. З появою атомів водню почалася зіркова епоха – епоха протонів і електронів.

Далі Всесвіт вступив у зіркову еру у формі водневого газу з величезною кількістю світлових та ультрафіолетових фотонів. Водневий газ розширювався у різних частинах Всесвіту з різною швидкістю. Неоднаковою була його щільність. Він утворював величезні згустки - багато мільйонів світлових років. Маса таких космічних водневих згустків була в сотні тисяч, а то й у мільйони разів більша, ніж маса нашої теперішньої Галактики. Розширення газу всередині згустків йшло повільніше, ніж розширення розрідженого водню між самими згущення. Пізніше з окремих ділянок за допомогою власного тяжіння утворилися надгалактики та скупчення галактик. Таким чином, найбільші структурні одиниці Всесвіту – надгалактики є результатом нерівномірного розподілу водню, який відбувався на ранніх етапах історії Всесвіту.

Колосальні водневі згущення - це зародки скупчень галактик: вони, згідно з гіпотезою, повільно оберталися. Усередині них утворювалися вихори, схожі на вири. Діаметр цих космічних вихорів сягав приблизно ста тисяч світлових років. Так утворилися системи – протогалактики, тобто. зародки галактик. Незважаючи на свої неймовірні розміри, вихори протогалактик були лише мізерною частиною надгалактик і за розміром не перевищували одну тисячну частку надгалактики. Сила гравітації утворювала з цих вихорів системи зірок, які ми називаємо галактиками.

Під дією сили тяжіння вихор, що обертається, стискався в кулю або (від обертання) в дещо сплюснутий еліпсоїд. Розміри такої правильної гігантської водневої хмари були від кількох десятків до кількох сотень тисяч світлових років. Якщо енергія сил гравітації, яка утримувала атом у протогалактиці, її периферії перевищувала його кінетичну енергію, атом ставав складовою галактики, якщо ні, залишав її. Ця умова називається критерієм Джинсу. З його допомогою можна визначити, якою мірою маса і величена протогалактики залежить від щільності та температури водневого газу. Чим холодніше була хмара, тим більше атомів залишалося в ньому.

Протогалактика, яка не оберталася, ставала родоначальницею кульової галактики. Сплющені еліптичні галактики народжувалися з протогалактик, що повільно обертаються. Через недостатню відцентрову силу в них переважала гравітаційна сила. Протогалактика стискалася і щільність водню в ній зростала. Щойно щільність досягала певного рівня, починали виділятися і стискатися згустки атомів водню, у тому числі народжувалися протозірки, які пізніше еволюціонували в зірки. Народження всіх зірок у кульовій або трохи плескатій галактиці відбувалося майже одночасно. Цей процес продовжується відносно недовго, приблизно сто мільйонів років. Це означає, що в еліптичних галактиках усі зірки приблизно однакового віку та дуже старі. В еліптичних галактиках весь водень було вичерпано відразу на початку зореутворення. Протягом наступного часу зірки в еліптичних галактиках не могли виникати. Таким чином, в еліптичних галактиках кількість міжзоряної речовини має бути мізерною.

Спіральні галактики, згідно з гіпотезою Великого Вибуху, складаються зі старої сферичної складової (яка схожа на еліптичні галактики) і з молодшої плоскої складової, до якої входять спіральні рукави. Між цими складовими існує кілька перехідних компонентів різного рівня сплюснутості, різного віку та швидкості обертання. Спіральні галактики обертаються значно швидше, ніж еліптичні галактики, тому що вони утворилися з швидко обертаються вихрів у ранньому Всесвіті. Тому у створенні спіральних галактик брали участь і гравітаційна, і відцентрова сили.

На кожен атом міжзоряного газу діяли дві сили – гравітація, що притягує його до центру галактики, та відцентрова сила, що виштовхує його у напрямку від осі обертання. Зрештою, газ стискався у напрямку до галактичної площини. В даний час міжзоряний газ сконцентрований в галактичній площині дуже тонкий шар. Він зосереджений насамперед у спіральних рукавах і є плоскою, або проміжною складовою, названою "зоряним населенням другого типу". На кожному етапі сплющування міжзоряного газу в дедалі більш тонкому диску народжувалися зірки.

Ця теорія-гіпотеза, на перший погляд, виглядає дуже переконливо, особливо коли підкріплена неабиякою кількістю математичних формул. Але він, як водиться, ховається не в формулах, а в вихідних припущеннях, що приймаються як аксіом. А одна з аксіом полягає у бездоказовому визнанні за факт припущення про те, що газова хмара почне обертатися сама по собі, і при цьому ще стискатиметься до центру. Гравітаційна взаємодія атомів водню між собою так мізерна, що вони можуть "злипнутися" в грудку лише за абсолютного нуля градусів Кельвіна – тобто. за повного припинення теплового руху. Для того, щоб газ водень почав стискатися, потрібне потужне джерело гравітації.

Гіпотеза секулярної еволюції галактик

Необхідно пояснити значення терміна "секуляризація". У першому наближенні секуляризазія - це відділення (поділ), здобуття незалежності. Термін «секуляризація» був уперше використаний 1646 р. Лонгвілем під час переговорів, що передували висновку Вестфальського світу, і означав можливість задоволення інтересів переможців за рахунок конфіскації монастирських володінь. Секуляризація (відібрання) церковного майна практикувалася європейськими монархами, а Росії досить широко використовувалося Петром I і Катериною II.

У XVII ст. почалася секуляризація науки від релігії, сформульовано принцип розділеності розуму і віри, світського і духовного начал. Незалежність світського початку наочно проявляється у політичної, наукової думки тієї епохи, а й у етиці, яку починають розглядати як світську, а чи не релігійну науку. Досі зі змінним успіхом триває боротьба за те, щоб на ділі відокремити церкву від держави, а школу від церкви.

Еліптичні галактики, на відміну спіральних, завжди вважалися однокомпонентними зірковими системами. Всі зірки еліптичної галактики начебто схожі одна на одну, мають однаковий вік, однакову металічності і розподілені в тривимірній сфероїдальній структурі, яка в проекції на площину неба може мати відношення видимих ​​осей від 1: 1 до 1: 3. Повертається більшість еліптичних галактик повільно ( у порівнянні з дисковими галактиками). Зірки в таких галактиках рухаються хаотично, як порошинки у повітрі, коли немає вітру. Це доводить висока дисперсія їх швидкостей та напрямів руху. Проте останнім часом виявились цікаві речі.

У 1988 р. у деяких еліптичних галактиках було виявлено кінематично виділені ядра, які оберталися значно швидше, ніж вся галактика. У переважній більшості еліптичних галактик помірної світності було зафіксовано «дископодібні» ізофоти навколо центральної частини. Д. Берстейн із цього приводу сказав: «Всередині всіх еліптичних галактик є невеликі диски». Виявлені в центрах еліптичних галактик диски виділяються і за їх хімічним складом – у них більше важких атомів.

У п'яти найближчих галактиках виявили внутрішні полярні кільця з іонізованого газу: тут у межах кількох сотень парсек від центру галактик газ обертається в площині взагалі перпендикулярній площині обертання зірок. Це зовсім несподіване відкриття.

Ймовірно, кулясті галактики – це наймолодші галактики. У них чорна діра в центрі обертається ще дуже повільно і вона не захопила в круговий рух навколишній газ і пил, можливо тому, що маса цієї чорної діри недостатньо велика.

У міру того як центральне важке ядро ​​(чорна діра) в кулястій галактиці вбирає в себе пил і водень, воно (вона) починає обертатися все швидше і швидше, захоплюючи в це обертання і всю кулясту хмару, через що хмара починає сплющуватися. При досягненні критичної маси чорна діра починає викидати фрагментарії – згустки надщільної речовини, які за інерцією відлітають від центру галактики та затримуються на орбіті навколо нього. При цьому фрагментарії, володіючи високою гравітацією, збирають на себе частину газу та пилу з галактичних рукавів. Деякі фрагментарії при цьому стають чорними дірками, тому що їх маса і щільність дуже великі. Інші стають зірками, треті – планетами та супутниками планет.

Уявлення про шляхи освіти та еволюції галактик кардинально змінилися за останні 20 років. Астрономи та астрофізики зрозуміли, що швидше за все галактики «утворюються», тобто формуються і змінюють структуру протягом усього свого життя. Насамперед вони вважали, що галактики спочатку утворюються, а потім еволюціонують. Чому ж так змінилася парадигма?

Поки астрономи не поспішаючи спостерігали і вивчали галактики, космологи з теоретичних міркувань дійшли висновку, що всю гравітацію і, отже, динамічну еволюцію Всесвіту визначає небаріонна холодна темна матерія, яка починає «кучкуватися» під дією гравітаційної нестійкості, тобто розпадатися на які потім зливаються у великі, потім у дуже великі і так далі... А баріонна фракція (газ, в основному водень), маса якої всього 10%, повинна слідувати за темною матерією і теж фрагментувати і зливатися, зливатися, зливатися... Зірки ж утворюються «попутно», у процесі злиття структур. Таким чином, з надр космологічних висновків вийшла ієрархічна концепція формування галактик.

Ранні роботи космологів стверджували, що першими народилися маленькі спіральні галактики, а гігантські еліптичні з'явилися останніми – не більше 5 млрд років тому, внаслідок злиття малих спіральних галактик. У перший мільярд років життя Всесвіту, що утворився в результаті Великого Вибуху, могли утворюватися галактики з масою не більше 10 у 8-му ступені М?, у перші 6 млрд. років життя Всесвіту утворилися галактики з масою не більше 10 у 10-му ступені М ¤, а все масивніші утворилися ще раніше. Але спостерігачі за допомогою нових гігантських телескопів знайшли досить багато масивних галактик, з масою зоряної речовини більше 10 11-го ступеня М?, що утворилися набагато раніше 6 млрд. років тому. Виявилося, що населення гігантських еліптичних галактик, як у скупченнях, так і в розріджених околицях, сформувалося ~8 млрд. Років тому. Після цього космологи стали менш категоричними, але ієрархічна концепція формування галактик, як і раніше, продовжує панувати.

Галактика продовжує еволюціонувати постійно і під дією нестійкостей, як породжуваних ззовні, гравітаційною взаємодією з сусідами, так і під дією внутрішніх 4 факторів, властивих навіть ізольованим галактикам. Така «спокійна» еволюція галактик протягом усього їхнього життя отримала назву секулярної. Хоча вона і спокійна, але теж може призводити до істотних змін структури.

Розглянемо докладно основні механізми структурної еволюції галактик: внутрішні – гравітаційні нестійкості тонких холодних дисків (як зіркових, і газових); зовнішні - приливні взаємодії (за своєю природою теж гравітаційні), великі та малі злиття.

У моделях Д. Фрідлі та В. Бенца (1993, 1995) є цікава особливість: газ може досягти центру галактики тільки якщо він спочатку обертався так само, як і зірки. А якщо газ обертається в інший бік, то в процесі стікання до центру галактики він виходить із площини диска і утворює стійке кільце.

При близькому взаємодії галактик у яких виникають приливні структури – «мости», «хвости», протяжні спіральні рукави, «витягуються» гравітацією об'єкта, що обурює, з диска галактики, залученої у взаємодію. З'ясувалося також, що зовнішній гравітаційний вплив перетворює як зовнішні частини галактик: у внутрішніх областях диска виникає бар. Але зрештою весь газ впаде в центр галактики, і при цьому настане потужний спалах зіркоутворення.

Якщо газова протогалактична хмара еволюціонує на самоті, то з неї може утворитися тільки дискова галактика, тому що в цьому випадку галактиці нікуди подіти зайвий момент обертання газу. Це було однією з найсерйозніших проблем для класичних теорій формування галактик шляхом «монолітного колапсу», що розвивалися у 1970-ті роки.

При малих злитті на велику дискову галактику падає маленька галактика – супутник із масою, наприклад, 10% від маси великої галактики. Розрахунки показують, що з падінні, навіть під кутом до площині основного диска, супутник, після кількох ударів нього, втрачає вертикальну складову моменту руху, осідає у площину великого диска і починає «спіраліти» до його центру. Протягом приблизно 1 млрд. років він досягає центру хазяйської галактики, втративши у дорозі меншу частину своєї власної речовини. А що ж галактика-супутник приносить у центр? Більшість своїх зірок і газу, якщо спочатку він у неї був. Якщо ж спочатку у малій галактиці газу не було, все одно в результаті зіткнення вона сильно обурила газовий диск великої галактики, через що посилилася турбулентність, і, отже, збільшилася в'язкість у глобальному газовому диску. Зростання в'язкості означає інтенсивний перерозподіл моменту обертання і стрімкі радіальні течії газу до центру. Малі злиття теж повинні призводити до концентрації газу в ядрі галактики і до наступного спалаху зіркоутворення.

Механізми секулярної еволюції галактик призводять до концентрації газу в їхніх центрах і, як наслідок, до можливого спалаху зіркоутворення у цих центрах. Зірки, що утворилися знову в центрі галактики, швидше за все, розподіляться в компактному навколоядерному зірковому диску. І якщо ми хочемо знайти в близьких до нас галактиках наслідки їх секулярної еволюції, найрозумніше пошукати в центрах цих галактик компактні зіркові диски, що відрізняються від оточення (балджа, наприклад) молодшим віком і більшим вмістом металів, оскільки утворилися вони пізніше з речовини, що добре проеволюціонувала. . Але перші вражаючі відкриття навколоядерних зіркових дисків були зроблені в еліптичних галактиках там, де на них знайти ніхто не очікував.

Чисельне моделювання показує, що протягом близько мільярда років більшість газу эволюционирующего ізольованого галактичного диска накопичується у його центрі, не більше радіусу близько 1 кпк, причому у центрі з'являються великі щільності, й у них відбувається бурхливе звездообразование.

Ядра в галактиках виділяються і хімічно - за збільшеним вмістом важких атомів (Сільченко О.К., Афанасьєв В.Л., Власюк В.В. Астрономічний журнал, 1992, т. 69, с. 1121). У 7 із 12 вивчених цими авторами галактик було виявлено хімічно виділені ядра. Серед цих галактик з хімічно виділеними ядрами була одна еліптична, три лінзоподібні та три спіральні галактики. Пізніше цим авторам вдалося виявити кілька десятків галактик з хімічно виділеними ядрами. Різниця в середніх віках ядер в галактиках в щільному і розрідженому оточенні може бути пояснена тим, що в щільному оточенні ядерний спалах зіркоутворення протікав більш ефективно і закінчився в більш короткі терміни, ніж в ядрах ізольованих галактик.

Усі механізми секулярної еволюції галактик призводять до «стікання» газу центр галактики. А ось чи однозначно з цього випливає спалах зіркоутворення в центрі галактики? Д. Фрідлі та В. Бенц (1993) відповідають: ні, тільки якщо газ спочатку обертався в той самий бік, що й зірки. А якщо газ «контрвертався», тобто обертався назустріч зіркам, то він у процесі стікання до центру виходить з площини галактики і стабілізується в обертовому сильно нахиленому навколоядерному кільці, не добираючись до самого центру галактики.

Всі динамічні процеси перебудови галактик призводять до концентрації газу в їхньому центрі. Досліджуючи центральні області близьких галактик, навіть за допомогою щодо скромних спостережних засобів, які поки що доступні російським астрономам, можна відновити повну еволюційну історію видимої матерії у Всесвіті і сказати, чи мають рацію космологи, які зробили таку гарну, але поки що не цілком підтверджену схему, як ієрарх. концепція формування галактик.

Гіпотеза В.А. Амбарцумяна

В.А. Амбарцумян та його учні показали, що зіркоутворення у галактиках продовжується і в наш час. Тому спіральні і неправильні галактики можуть бути рясні молодими зірками не тому, що ці галактики самі молоді, а тому, що в них є умови для зіркоутворення, тоді як в еліптичних галактиках вони відсутні.

Б.В. Кукаркін зауважив, що в жодній еліптичній галактиці, навіть найстислішій, не виявлено сконцентрованої в екваторіальній площині міжзоряної дифузної речовини. Виявлені у яких дифузні включення концентруються до центру цих галактик. Навпаки, всі спіральні галактики багаті на сконцентровану в екваторіальній площині міжзоряну дифузну речовину, яка особливо чітко помітна, коли галактика видно з ребра.

Спіральні галактики бувають різні: більші і менші, а бувають і зовсім маленькі (за космічними масштабами). Одні з них щодо нас, спостерігачів, закручені праворуч, інші – ліворуч. У галактиках є ядра, рукави та міжрукавні простори. Складаються галактики з масивних космічних тіл – зірок, планет та чорних дірок, а також хмар газу та пилу.

За сузір'ям Центавра за 12 мільйонів світлових років від нас знаходиться лінзоподібна галактика Центавр А (NGC 5128). Після Магелланових хмар, галактики Андромеда та галактики Трикутника це найяскравіша з видимих ​​нами галактик. Якби ми могли сприймати радіовипромінювання, то ця галактика була б нам у вигляді двох величезних утворень – джетів, що виходять з її центру.

Центральна область галактики Центавр A оточена сумішшю молодих блакитних зоряних скупчень, гігантських хмар газу та значних темних пилових прожилок. Ці фотографії отримані в натуральному кольорі в променях ренгентів і радіо діапазоні на космічному телескопі Хаббл. Інфрачервоні зображення з Хабловского телескопа дозволили побачити в центрі цієї галактики диски речовини, яка рухаючись уздовж спіральних траєкторій, падає на чорну дірку. Центавр A, мабуть, є продуктом зіткнення двох галактик, речовина яких інтенсивно "заковтується" чорною діркою. Падаючи на цю дірку, перш ніж "зникнути" в ній, речовина випромінює величезні джети квантів рентгенівського випромінювання. Астрономи вважають, що саме такі центральні чорні дірки є джерелами жорсткого випромінювання. Потужний джет, що викидається з активного ядра галактики вгору і ліворуч, розтягнувся приблизно на 13 тисяч світлових років. Коротший викид виходить з ядра в протилежному напрямку. Ймовірно, активна галактика Центавр A виникла внаслідок злиття зі спіральною менш активною галактикою близько 100 мільйонів років тому.

Висновок

У зачарування слід підвести підсумок всього вище викладеного у вигляді якогось узагальнюючого висновку, що виражає суть моєї гіпотези про структуру та динаміку галактик. На початку постулюємо, що Всесвіт вічний і нескінченний, що речовина його може знаходитися не тільки у звичному для нас вигляді світиться або світлої речовини, що складається з квантів, елементарних частинок, атомів, молекул, хмар газу і пилу, астероїдів, планет і зірок, але і в надщільному стані, який не дуже вдало назвали чорними дірками. Чорні дірки - це не точки в просторі, куди зникає матерія, це - темні, не світяться і не відбивають падаючий на них світло тіла сферичної форми. Ці тіла повинні дуже швидко обертатися, і чим вони масивніші, тим швидше обертаються, сплющуючись на полюсах. Сила тяжіння на поверхні цих чорних "дзиґів" така, що впала на них речовина втрачає свою структуру і стискається до щільності ядра атома, а може, навіть більше. Ймовірно, кінетична і теплова енергія речовини, що впала на таке тіло, перетворюється на енергію обертання цього надщільного тіла, званого чорною діркою.

Коли енергія обертання досягає певної межі, гравітація чорної діри вже не в змозі утримати речовину, і вона починає відриватися на екваторі і, немов ядро, пущене з жахливого пращу, летить від чорної діри геть. Такі ядра ( назвемо їх «фрагментарії») надщільної речовини закидаються на галактичні орбіти відповідно до своєї маси та кількості руху, яке отримали в момент відриву від чорної діри.

У центрі спіральних галактик знаходяться надщільні об'єкти, що викидають згустки надщільної речовини - фрагментарії. Викинуті з ядра галактики (точніше, з чорних дірок у ядрі) згустки надщільної речовини у власному гравітаційному полі набувають форми куль. Але власної гравітації цих тіл не вистачає для того, щоб утримувати речовину в стані колишньої щільності, якою вона була в чорній дірі. Відбувається розущільнення речовини у цих тілах, через що об'єм їх збільшується, та якщо з протонів і нейтронів надщільного згустку за його розущільненні, можливо, утворюються важкі ядра хімічних елементів. Подальше розущільнення речовини призводить до того, що навколо ядер атомів утворюються електронні оболонки і стають атомами важких металів.

На цій стадії еволюції космічні надщільні тіла (фрагментарії)формують свої зовнішні оболонки з газу та пилу, захоплюючи їх з галактичних хмар, через які пролітають і в які занурюються, викинуті з ядра галактики - з чорної діри, що знаходиться в її центрі. Масивні фрагментарі формують довкола себе потужні атмосфери з водню і надалі стають зірками, коли в їх глибинах починаються термоядерні реакції синтезу ядер гелію з ядер водню. Деякі особливо масивні фрагментарії, рухаючись від центру галактики до її периферії, так і залишаються малими чорними дірками - чорними дірками другого порядку. Вони теж збирають водень і пил з галактичних хмар, але гравітація їх така велика, що ці газ і пил, падаючи на ці вторинні чорні дірки, перетворюються на надщільну речовину і оптично як би "зникають у цих дірах". Фрагментарії менше вторинних чорних дірок трохи розущільнюються і стають ядрами майбутніх нейтронних зірок, треті - розущільнюються сильніше і стають ядрами звичайних жовтих зірок, четверті - з меншою початковою масою і, отже, меншою гравітацією - не можуть утримувати дуже великі а планетами. Як побачимо надалі, ядра у всіх планет і великих кулястих супутників планет важкі, металеві – залізні, як стверджують планетологи.

Таким чином, згідно з моєю гіпотезою, зірки та планети справді захоплювали своєю гравітацією хмари газу та пилу з рукавів галактик, але самі по собі ці хмари не перетворювалися ні на зірки, ні на планети та їхні супутники. Початковим джерелом гравітації, що організують газ і пил Космосу в зірки та планети, є надщільна речовина, викинута з чорних дірок у центрах галактик – фрагментарії. Початкова маса цих згустків надщільної речовини своєю кількістю несе інформацію про те, чи буде космічне тіло, що формується, чорною діркою другого порядку, нейтронною зіркою, жовтою зіркою або планетою. Рухаючись у галактиці, космічні тіла гравітаційно взаємодіють один з одним і утворюють гравітаційні системи: подвійні та потрійні зірки, планетні системи навколо зірок, планетні системи із центральної масивної планети та її супутників.

У всякому разі, в ядрах всіх кулястих космічних об'єктів знаходиться або знаходилося в початковий момент їх існування надщільну речовину, яка і створила поле тяжіння. Неправильну (некулясту) форму мають космічні тіла, утворені не з надщільної, а зі звичайної речовини, в результаті повного або часткового руйнування планет та їх супутників. Надщільну речовину в лабораторних умовах отримати неможливо, тому ми можемо тільки здогадуватися про її властивості, порівнюючи між собою космічні тіла різної маси та різної форми, що "плавають" у просторі галактик.

Існує істотна відмінність даного сценарію хаотичної інфляції від старої гіпотези створення всього Всесвіту в якийсь нульовий момент часу ( Великий Вибух) у вигляді практично однорідної та нагрітої до нескінченно великих температур матерії у вигляді найелементарніших частинок і квантів вакууму-ефіру. У новій моделі більше не потрібна умова початкової однорідності та термодинамічної рівноваги. Кожна частина Всесвіту може мати свій сингулярний початок (Borde et al, 2001). Однак це не означає, що весь Всесвіт як ціле виникло одномоментно з однієї сингулярності. Різні частини всесвіту могли виникати різні моменти часу і потім розростатися. Це означає, що ми більше не маємо права говорити, що весь всесвіт народився в якийсь момент часу t=0, до якого його не існувало.

Матерія Всесвіту може набувати різних форм: 1 – речовина різної щільності, 2 – випромінювання, 3 – вакуум-ефір та 4 – сингулярність (надщільна речовина). Щільність у речовини буває різна (в г/куб. см): нейтронні зірки 1014, білі карлики 106, сонце 1,4, червоні надгіганти 5/100 000 000, у галактик і метагалактики в цілому щільність на багато порядків менша, ніж у червоних надгігантів (http://www.astronet.ru/db/msg/1202878). Деяка частина матерії Метагалактики знаходиться у формі випромінювання та елементарних частинок, щільність цієї "променистої" матерії становить менше 1/1000 від густини речовини в Метагалактиці. Але значної частини матерії перебуває у стані сингулярності, тобто. чорних дірок.

При написанні цієї сторінки була також використана інформація з сайтів:

1. Вікіпедія. Адреса доступу: http://ua.wikipedia.org/wiki/

2. Сайт "Astronet". Адреса доступу: http://www.astronet.ru/db/msg/1225526

3. Сільченко О.К. Еволюція центральних галузей галактик. Адреса доступу: http://lib.tr200.net/v.php?id=94040&sp=1&fs=18; http://ziv.telescopes.ru

4. http://lib.tr200.net/v.php?id=94040&sp=1&fs=18

5. http://www.infuture.ru/article/5983

Але в спостереженнях ми бачимо та простежуємо структури у Всесвіті саме через дослідження галактик.

Тому наглядове дослідження еволюції Всесвіту – це дослідження еволюції галактик. Таку «екстремістську» тезу я доводитиму, обґрунтовуватиму, ілюструватиму протягом усієї цієї книги.

Дослідження еволюції галактик зараз переживає бурхливий розвиток у зв'язку з розвитком техніки астрономічних спостережень. Теорія поки що не встигає за спостережними відкриттями, тому ключові концепції доводиться переглядати досить часто.

Я розповім про поточний стан справ і трохи про перспективні - ймовірні майбутні зміни в загальноприйнятих поглядах на еволюцію галактик і, відповідно, на еволюцію всього Всесвіту.

Три кити, на яких стоїть теорія еволюції галактик

Усі дослідження формування та еволюції галактик спираються насамперед на фізичну модель. Хоча в перспективі це має бути єдина, самоузгоджена модель, але історично склалося так, що досі практично незалежно розглядається три класи фізичних механізмів, що формують і змінюють структуру та характеристики галактик - їх розмір, блиск, колір, внутрішні рухи. Ці три класи механізмів - три кити, на яких спочивають (або, навпаки, швидко змінюються) наші уявлення про еволюцію галактик, - такі:

Динамічна еволюція,
-спектрофотометрична еволюція,
-Хімічна еволюція галактик.

У класичному варіанті теорії динамічна еволюція розумілася передусім як рання стадія еволюції, що належить до формування галактики. Ця традиція пояснювалася тим, що більшість галактик навколо нас виглядають як динамічно стійкі системи, що прорелаксували; судячи з усього, у них виконується теорема віріалу, 2T + U = const, де T – кінетична енергія системи, а U – її потенційна енергія. Тому спочатку передбачалося, що бурхливі динамічні процеси, що оформили в основному структуру галактик, належали до першого мільярда років їхнього життя, до епохи колапсу протогалактичної газової хмари та основного зореутворення в ній.

А пізніше динамічні ефекти лише трохи змінювали структурні характеристики: наприклад, через збільшення хаотичних швидкостей старих зірок («динамічний нагрів») могли товщати диски галактик.

В останні десятиліття загальна думка про важливість динамічних процесів у структурній еволюції сучасних галактик почала радикально змінюватися. Перш за все, видовищний феномен взаємодії галактик, хоч і досить рідкісний в нашу епоху, все ж навів астрономів на думку, що галактики можуть зливатися, а в давні часи, коли щільність речовини в Всесвіті, що розширюється, була вищою, ніж зараз, і частота злиттів теж могла бути вищою. Цю ідею зараз підхопили та успішно експлуатують космологи; згідно з їхніми сценаріями, вся еволюція галактик - це низка послідовних злиттів. Тим часом, звичайно, злиття («мержинг», як кажуть західні колеги) – це динамічні катастрофи, які повністю перебудовують галактику та дають початок її новому життю.

Крім катастроф, можуть існувати і плавні, монотонні, проте істотні зміни в структурі галактик під дією різного роду динамічних нестійкостей; такі зміни називають "віковою еволюцією".

Останнім часом все більш популярною стає ідея про те, що навіть такі глобальні структури в галактиках, як бари (центральні перемички), які дали Хабблу підставу виділити особливу галузь морфологічної класифікації галактик, SB-гілка, насправді не є довічним атрибутом галактики: під час вікової еволюції можуть виникати, потім розсмоктуватися, потім виникати знову. Також вікова еволюція може змінювати співвідношення розмірів балджу та диска в галактиці і навіть змінювати її морфологічний тип.

Спектрофотометрическая еволюція галактик - т. е. еволюція їх світності, кольору та спектра - визначається сумарним ефектом еволюції складових її зірок. При спостереженнях ми можемо дозволити на окремі зірки лише найближчі до нас галактики; для переважної більшості галактик доступні вимірам лише інтегральні потоки - сума випромінювань всіх зірок, що становлять дану галактику або дану область галактики.

Найпростішим аналогом галактик як зіркових систем є зоряні скупчення, які складаються із зірок одного віку та одного хімічного складу, але різної маси. Галактика ж у випадку складається з багатьох поколінь зірок, т. е. хіба що є суму гиперскоплений різного віку; у самоузгодженій (ідеальній) моделі та металевість поколінь має бути різною відповідно до перебігу хімічної еволюції в галактиці.

Насправді ж поки успішнішими, щодо порівняння зі спостереженнями, є моделі зоряних населення галактик з єдиним хімічним складом всім зірок - хімічним складом, мабуть, відповідним середньому, зваженому по світності зірок, різноманіттю елементів у зірках галактики.

Спектрофотометричні моделі галактик будуються чисельним інтегруванням (додаванням) спектрів зірок, які, своєю чергою, беруться з добре розробленої теорії еволюції зірок. Визначальними параметрами еволюційних треків зірок на діаграмі Герцшпрунга - Рассела служать маса і металічність зірки, тому інтегрування проводиться за масами та віком зірок, а металевість фіксується як параметр моделі галактики.

При цьому, звичайно, треба знати або задавати з апріорних припущень розподілу зірок у галактиці за масами та віком. У найпростішому випадку передбачається, що у певний час утворився якийсь конгломерат зірок різних мас, але однакової металличності, і далі він спокійно еволюціонував без додавання туди нових зірок.

Такий окремий варіант моделі ще називають «пасивною еволюцією» і досить успішно застосовують його для опису еволюції еліптичних галактик. Розрахунки показують, що система зір, що пасивно еволюціонує, з віком тьмяніє і червоніє, оскільки найбільш масивні, яскраві блакитні зірки закінчують свій життєвий шлях раніше, ніж менш масивні. До віку близько 10 млрд років така зіркова система вже складається тільки із зірок, менш масивних, ніж Сонце, та її спектрофотометрическая еволюція сильно уповільнюється.

Тому еліптичні галактики на червоних усуненнях z = 0 і z = 0,5 виглядають абсолютно однаковими, хоча більш далекі з них – на z = 0,5 – у середньому на 3–5 млрд років молодші. А от якщо в галактиці в середині або на будь-якому іншому проміжному етапі її життєвого шляху утворювалися нові молоді зірки, то вона в цей момент «омолоджувалась», тобто яскравіла і голубіла, і далі еволюція мала піти вже трохи по-іншому, зокрема - у найшвидшому темпі.

Якщо коротко охарактеризувати найзагальніші враження від сучасних кольорів і світимостей близьких галактик, то вони добре описуються моделями, в яких практично всі галактики - старі, тобто перший спалах зіркоутворення відбувся понад 10 млрд років тому, а далі - більш ранній морфологічний тип у галактики, тим меншим був характерний час згасання її глобального зореутворення. В еліптичних галактиках все мало закінчитися менше, ніж за 1 млрд років, а в Sc-галактиках зореутворення тліє приблизно на постійному рівні весь час її життя. У неправильних і карликових галактиках взагалі передбачається «спалаховий», тобто сильно нерівномірний перебіг глобального зореутворення.

Хімічна еволюція галактик – це історія походження хімічних елементів. Згідно з сучасними уявленнями, лише найлегші елементи - водень та його ізотопи, гелій та літій - утворилися у Великому вибуху, у перші кілька хвилин життя Всесвіту.

Всі інші елементи утворюються в зірках у процесі їхньої еволюції, під час термоядерних реакцій.

Розрізняють кілька класів ядерних реакцій, характерних для зірок різних мас у різні періоди їхнього життя:

протон-протонний ланцюжок, CNO-цикл, горіння гелію, горіння вуглецю, s-процеси, г-процеси і т.д.

Думки теоретиків про внесок тих чи інших реакцій у виробництво кожного конкретного хімічного елемента остаточно ще не встоялися. Однак ті, хто моделює хімічну еволюцію галактик, сміливо беруть «state-of-art», тобто найсвіжіші розрахунки зоряного нуклеосинтезу, а далі інтегрують виробництво хімічних елементів за часом і за масами зірок так само, як і при спектрофотометричному моделюванні інтегрували світимість зірок.

Параметри моделі, відповідно, ті самі - початковий розподіл зірок за масами та історія зіркоутворення в галактиці, плюс теорія зоряного нуклеосинтезу, яка на даний момент вважається заданою.

В астрономії всі елементи важчі за гелій традиційно називають «металами», в цьому ми термінологічно розходимося з хіміками. Оскільки метали в зірках синтезуються, але практично не руйнуються, металевість галактики з часом завжди зростає, але з якою швидкістю і за яким законом це вже залежить від деталей моделі.

У сфері хімічної еволюції галактик у дослідників є потужний стандарт, якого немає у сфері спектрофотометрической еволюції, - це наша власна Галактика. Подивитися на неї збоку та виміряти світність ми не можемо, а от виміряти хімічний склад окремих зірок – можемо.

Хімічний склад зірок Галактики вже давно досліджується масово, є хороша статистика, але не можна сказати, що вона сильно прояснює ситуацію. Начебто найперші зірки повинні утворюватися з первинного газу, що не пройшов ще через ланцюг термоядерних реакцій у надрах зірок, а тому має нульову металічність. Однак у нашій Галактиці поки що не знайдено жодної зірки з нульовою металевістю.

Куди ж поділися маломасивні первинні зірки з нульовою металличністю? Чи звідки взявся ненульовий рівень початкової металевості в нашій Галактиці? Начебто металевість газу і відповідно зірок, що з нього утворюються, повинна монотонно зростати з часом, але в диску Галактики досі не знайдено переконливої ​​антикореляції металевості зірок з їх віком. Вік Сонця - не менше 4,5 млрд років, але сучасна металовизна міжзоряного середовища дуже близька до сонячного. Чим пояснити практично нульовий темп збагачення металами міжзоряного середовища галактичного диска?

А спостережна техніка продовжує розвиватись. Нині вже у зірках вимірюють детальний хімічний склад - не загальну металевість, а вміст окремо заліза, кисню, магнію, кальцію тощо. співвідношення змістів окремих хімічних елементів кожному етапі еволюції й у різних типах галактик. Не можна сказати, що завдання теорії хімічної еволюції спрощуються згодом - а ми й колишні ще не вирішили.

Два способи вивчати еволюцію, або Що ми знаємо про далекі галактики

Щоб наповнити картину еволюції галактик конкретним змістом і побудувати послідовність і значущість різних можливих еволюційних етапів та механізмів, необхідні спостережливі дані. Їх можна отримувати двома принципово різними способами.

По-перше, можна докладно вивчати будову та характеристики близьких галактик та будувати фізичні моделі еволюції, які на фінальній стадії, до моменту нульового червоного зміщення, дають саме такі об'єкти, які ми бачимо поряд із собою, повністю схожі за динамікою, структурою та характеристиками зоряного. населення.

А по-друге, враховуючи колосальну проникну силу сучасних великих телескопів, можна заглядати прямо на великі червоні усунення - там бачимо галактики, якими вони були кілька мільярдів років тому. Адже швидкість світла є кінцевою, і з дуже далеких відстаней світло може йти від галактики до нас мільярди років.

На малюнку представлено зв'язок червоного зміщення, у якому спостерігається галактика, і часу, що від неї народження від Всесвіту, т. е. від Великого вибуху досі випускання галактикою тих квантів, які ми зараз приймаємо.

Для розрахунку графіка на рис. 1.4 використана найпопулярніша сучасна космологічна модель – з темною матерією та темною енергією. Саме космологічна модель визначає геометрію Всесвіту, шкалу відстаней і, відповідно, час, який потрібний променю світла, щоб дійти від галактики на червоному зміщенні z до нас, що знаходяться на z = 0. З рис. 1.4 видно, що коли ми спостерігаємо галактику на червоному зміщенні z = 1, ми її бачимо такою, якою вона була 8 млрд. років тому. А на червоному зміщенні z = 5, де зараз йдуть наймасовіші пошуки та огляди галактик, видно Всесвіт лише через один мільярд років після .

З сучасними спостережними засобами бачимо практично всю еволюцію Всесвіту на просвіт і, рухаючись по z, можемо на пряму спостерігати еволюцію повного космічного населення галактик.

Перший підхід, коли ми вивчаємо в деталях близькі галактики, хороший тим, що бачимо в галактиках все і з великою точністю вимірюємо всі характеристики галактик. Обмеження першого підходу теж зрозумілі: ми можемо закласти в моделі тільки ту фізику, яку вже знаємо, а якщо в еволюції галактик є те, чого ми поки що не уявляємо, воно буде втрачено, і модель вийде неправильною. Щоправда, той факт, що модель неправильна, ми рано чи пізно виявимо, коли з'являться нові спостережні дані, які в цю модель не вкладаються.

Другий підхід, на перший погляд, здається більш прямим: вибудовуючи спостережувані характеристики галактик вздовж червоного зміщення, ми начебто отримуємо тимчасовий перебіг їхньої еволюції, що не спирається на апріорні модельні припущення. Однак коли робота у цьому напрямі пішла активно, з'ясувалося, що тут все непросто.

Допустимо, в якомусь діапазоні спектру - наприклад, у далекому інфрачервоному діапазоні - виявляється зовсім новий вид галактик; Наприклад, вдалося визначити їх червоне усунення, хоч і це завжди можливо, і це червоне усунення виявилося великим: ми бачимо ранній етап еволюції.

Тепер треба зрозуміти: чи перетворяться ці незвичайні галактики на щось звичайне до справжньої епохи, до z = 0, і на що саме, чи з ходом еволюції зникнуть як клас, і ми не побачимо поруч із нами їхніх прямих нащадків. Єдиний відомий поки що нам спосіб зробити це, тобто вибудувати спостережувані на різних червоних зміщеннях абсолютно різні на вигляд галактики в один еволюційний ланцюжок, полягає в тому, щоб залучити ті самі фізичні моделі еволюції, правильність яких ще ніхто не довів. І все повертається на свої кола.

Поки що більше спостережних даних про далеких галактиках збирається в скарбничках астрономів, тим менш ясною є загальна картина. Існують і прямі протиріччя: одні дані говорять за один сценарій еволюції, інші - за зовсім інший. Наука про еволюцію галактик перебуває зараз у тому щасливому віці, коли фактів вже достатньо, щоб було над чим подумати, але повну картину ще треба побудувати.

Найбільш яскравий приклад прямого спостережного вивчення еволюції галактик шляхом зіставлення їх типових характеристик на різних червоних зсувах є історія дослідження глибоких полів «Хаббла» (HDF, Hubble Deep Fields) - тобто майданчиків піднебіння, знятих космічним телескопом «Хаббл» з дуже довгими експозиціями.

Нині їх уже кілька – Ультраглибоке поле «Хаббла» (2004), Вкрай глибоке поле «Хаббла» (2012 р.), а почалося все з двох невеликих майданчиків – північного та південного. Північне глибоке поле «Хаббла» (HDF-N) було знято першим і сьогодні досліджено досконало. Вся ця епопея з глибокими полями "Хаббла" почалася в 1994 році, коли після ремонту космічного телескопа "Хаббл" (далі - HST) з'ясувалося, що тепер він може отримувати зображення з кутовим дозволом 0,1 ".

Астрономам захотілося подивитися з таким дозволом на дуже далекі галактики; для цього потрібно було отримати дуже глибокий знімок, тобто знімок з дуже великою експозицією. У сузір'ї Великої Ведмедиці було обрано невелику, всього 5,3 кв. хвилини дуги, і здавалося б абсолютно порожній майданчик, і з приладом WFPC2 (Wide-Field Planetary Camera-2) вона експонувалася протягом 10 діб.

Були отримані знімки в чотирьох широких фотометричних смугах: використовувалися фільтри F300W, F450W, F555W і F814W, центровані на довжини хвиль, вказані в їх іменах (нанометрах), і грубо відповідні фотометричній системі Джонсона - Казинса, B . , V та I. Пізніше майданчик дозняли з приладом NICMOS (Near-Infrared Camera and Multi-Object Spectrograph) у фільтрах F110W (1,1 мкм, J) та F160W (1,6 мкм, H).

Таким чином, для всіх об'єктів майданчика були отримані не тільки широкосмугові кольори, а й грубий розподіл енергії в діапазоні від 3000 до 16 000 Å. Гранична зоряна величина, досягнута в експозиції HDF-N, Vlim 30m. Майданчик розташовується на високій галактичній широті, тому безперечних зірок на ній мало - всього 9; є ще кілька десятків слабких блакитних точкових об'єктів, які можуть виявитися старими білими карликами.

Решта об'єктів майданчика, а їх близько трьох тисяч, - це галактики. Найближчою до нас виявилася красива еліптична галактика трохи вище за центр кадру - її червоне зміщення z = 0,09. На якому червоному зміщенні розташовується найдальша галактика HDF-N, поки сказати важко. Є один об'єкт, широкосмугові кольори якого натякають на z ≈ 12, проте всі спроби зняти спектр галактики, щоб знайти в ньому емісійну лінію для спектрального підтвердження червоного зміщення за ефектом Доплера, зазнали невдачі - надто слабкий у неї блиск.

Переважна більшість галактик, виявлених у HDF-N, знаходяться на червоних зміщеннях менше 1. Щоправда, треба мати на увазі: здебільшого це так звані фотометричні червоні усунення. Зняти спектр галактики 25-ї зіркової величини, використовуючи навіть найбільші наземні телескопи, - справа довга, дорога і важка. Тому в полі HDF-N прямо виміряли значення z тільки у 150 галактик із 3000, причому, природно, у найяскравіших.

Для інших моделювали кольори: розподіл енергії в спектрах близьких галактик зрушували в червону сторону, «згортали» з кривими реакції фільтрів і дивилися, як змінюється видимий колір залежно від z. Збігся при якомусь конкретному червоному зміщенні модельний колір з спостерігається для якоїсь галактики - ось вам і фотометричне z.

За всіма 150 галактиками, у яких червоне усунення виміряно спектрально, калібрування фотометричних z, природно, були перевірені; автори методики запевняють, що точність фотометричних червоних зсувів, визначена як (zph − zspec)/(1+zspec), краща за 5%.

Серед більшості галактик, у яких z< 1, опять же большую часть представляют слабые голубые галактики с нерегулярной морфологией, и относительное количество таких галактик явно растет с z. Однако на z ≤ 1 наблюдаются и яркие представители всех хаббловских морфологических типов. Например спиральная галактика, развернутая плашмя; ее красное смещение z = 1,01. Статистический анализ показывает, что в интервале 1 >z > 0 ні число, ні характерні світності та розміри еліптичних і спіральних галактик не змінилися: всі великі галактики, яких ми бачимо поряд з нами, вже сформувалися до епохи z ≈ 1, тобто 8 млрд. років тому.

Проте картина різко змінюється на z > 1,5: у HDF-N немає жодної галактики з великим z, які мали б правильну морфологію, а їх там кілька десятків. Характерна зміна морфології з z можна простежити, наприклад, на рис. 1.6 (взято з огляду Ferguson et al., 2000): галактики на z > 2, як правило, «множинні», тобто є скупчення згустків неправильної форми. Лінійні розміри згустків значно менші, ніж типові розміри сучасних галактик - їх діаметри менше 1 кпк.

Прихильники ієрархічної концепції, тобто гіпотези формування великих галактик шляхом злиття дрібних фрагментів, зраділи, вирішивши, що HDF-N безпосередньо видно цей процес на червоних зміщеннях z = 2 ÷ 3.

Проте скептики відразу висунули свої заперечення. По-перше, існує космологічне ослаблення поверхневої яскравості - ефект Толмена, пропорційний (1+z)4, - і отже, на великих червоних зміщеннях ми можемо не побачити звичайні диски галактик, а бачитимемо лише найяскравіші області зіркоутворення в них; у сучасних молодих зіркових комплексів якраз відповідні розміри.

По-друге, на z > 2 в оптичну область спектру, де спостерігала WFPC2, через червоне зміщення потрапляє вже далека ультрафіолетова область спектра у власній системі довжин хвиль галактики, а ультрафіолетова морфологія галактики може сильно відрізнятися від оптичної, знову ж таки вогнищ зіркоутворення.

Останнє заперечення вдалося частково зняти після того, як HDF-N спостерігали з приладом NICMOS на 1,1 і 1,6 мкм і подивилися вже на оптичну (в системі довжин хвиль галактик) морфологію тих же далеких об'єктів; виявилося, що вона якісно не відрізняється від морфології, що спостерігалася з WFPC2. Проте перше заперечення поки що ніхто не спростував.

Взагалі-то наглядові пошуки галактик у процесі формування почалися задовго до запуску космічного.

Ще в 1970-х роках зусиллями спочатку Піблса та Патріджа, а потім Беатріс Тінслі, яка винайшла метод еволюційного спектрофотометричного моделювання, став дуже популярним таким чином новонародженої еліптичної галактики: «10 мільйонів Туманностей Оріону».

Справді, кольори близьких еліптичних галактик дуже червоні, і вони свідчать на користь того, що все зіркоутворення у цих галактиках закінчилося в перший мільярд років їхнього життя. Тим більше що найбільші містять до 1012 М☉ зірок. Розділивши одне на інше, отримуємо на зорі формування еліптичної галактики темп зіркоутворення (SFR, Star Formation Rate) до 1000 М☉ на рік! Для порівняння - у сучасних великих спіральних галактиках у середньому SFR ≈ 1М☉ на рік.

Спектрофотометричні моделі передбачають, що при поточному SFR ≈ 1000 М☉ на рік галактика має бути дуже яскравою – приблизно як квазар, тобто на 4 зіркові величини яскравішою, ніж сьогодні, – а також блакитною та з потужною емісійною лінією водню Lyα у спектрі .

Ось таких «звірів» і шукали дуже активно на небі у 1970–1980-х роках, спочатку з фотографічною технікою, а потім уже й за допомогою ПЗЗ-приймачів. До 1978 року було закінчено перший глибокий підрахунок галактик Крона: він вважав їх у двох фільтрах, блакитному та червоному, і виявив, що в B-променях слабких галактик 23-24-ї зіркової величини набагато більше, ніж можна було передбачити, виходячи з парадигми пасивної еволюції, тобто з припущення, що на будь-якій z галактики такі ж і в тій самій кількості, що й поряд з нами.

Цей результат надихнув Тінслі: вона зробила необхідні модельні розрахунки та оголосила, що серед «надлишкових» слабких блакитних галактик Крона має бути багато далеких, на z > 3, еліптичних галактик у момент їхньої основної епохи зіркоутворення.

Вона не дожила до результатів масової спектроскопії слабких блакитних галактик; всім іншим зацікавленим дослідникам ці результати принесли розчарування: «надлишкові» слабкі блакитні галактики опинилися на z

Мал. 1.7 ілюструє техніку пошуку LBG-галактик, в даному випадку на z = 7: у фільтрі i (λc = 7500 Å) галактики не видно, а у фільтрі J (11 000 Å) і в більш червоних вона видно чудово - значить, з великої часткою ймовірності це Ly-break галактика на z ≈ 7.

В основному завдяки зусиллям Чарльза Стейделя (Steidel, 1999) зараз відомо вже кілька тисяч таких об'єктів та підбито перші статистичні підсумки. Так, за своїми властивостями, у тому числі і за характерною світністю (а отже, швидше за все, і за масою), LBG-галактики на z = 3, z = 4 та z = 5 ідентичні одна одній. Це означає, що процес формування зоряного населення цих галактиках був досить затяжним. У спектрах половини LBG-галактик зовсім не було Lyα-емісії, а в інших вона дуже скромна; та й темпи зіркоутворення, оцінені за потоком в ультрафіолеті (у системі галактики), виявилися в середньому дуже помірними, від 8 до 25 М☉/рік, що узгоджується з ідеєю про велику тривалість у них епохи зіркоутворення. Є припущення, що LBG-галактики – це майбутні балджі сучасних дискових галактик ранніх типів; втім, довести це важко. Цікаво, що після оцінки середньої щільності на небі перерахованих на досить великих площах LBG-галактик, з'ясувалося, що в HDF-N кількість LBG-галактик у кілька разів менша за середньоочікувану (Steidel et al., 1996b). Тобто в плані середньої еволюції галактик на великих Північне глибоке поле «Хаббла» виявилося зовсім нетиповим, що не дивно, враховуючи його малі розміри. Тоді наскільки ж репрезентативна статистика морфологічних типів галактик, яку астрономи з ентузіазмом вивчають глибокими полями «Хаббла» протягом уже багатьох років?!

Астрофізик, доктор фізико-математичних наук, завідувач відділу фізики емісійних зірок та галактик Державного астрономічного інституту ім. П. К. Штернберг МДУ ім. М.В. Ломоносова – Ольга Касьянівна Сільченко.

> Еволюція галактик

Народження та еволюція галактик: стадії розвитку від Великого Вибуху, формування, злиття, смерть, схема еліптичних та спіральних галактик, фото Хаббла, відео.

Якщо вам пощастить з погодними умовами, то можете легко милуватися всією красою Чумацького Шляху. Багато століть вчені не відривали очей від нічного неба, усвідомлюючи, що лише крихітна деталь, якими усіяний Всесвіт. З появою нових технологій стало ясно, що і галактика – це не кінець усьому, адже він є одним із мільярдів галактик.

Величезне зрушення у знаннях сталося з виявленням відносності та швидкості світла. Адже це дозволило зрозуміти, що ми бачимо не просто космічну далечінь, а ніби оглядаємось у минуле. Коли перед вами виникає об'єкт у мільярді світлових років, ви бачите його таким, яким він був мільярд років тому. Ця «машина часу» допомогла познайомитися з галактичною еволюцією.

Усі об'єкти беруть свій початок від Великого Вибуху, розростаючись та змінюючись з часом. Цей процес все ще оповитий легким серпанком таємничості, тому вабить вчених.

Перша стадія еволюції галактики – формування

З чого починається еволюція галактики? Всесвітня матерія з'явилася 13.8 мільярдів років тому на момент Великого Вибуху. У той тимчасовий відрізок вона була настільки упакована і стиснута, що являла собою невелику кулю з незліченною щільністю та інтенсивним теплом – сингулярність. Раптом запустився процес розширення, і сингулярність почала збільшувати свої межі.

Чим більше Всесвіт розширювався, тим сильніше остигав. Тому в матерії з'явилася можливість розподілитись практично рівномірно. Далі гравітація почала притягувати щільні області, накопичуючи газові хмари та великі скупчення, які й стали давніми галактиками (народилися перші зірки). Деякі були маленькими і трансформувалися в карликові галактики, інші (більше) – спіральні.

Друга стадія еволюції галактики – злиття

Простежимо подальший розвиток галактик. Повноцінні галактики об'єднувалися в групи, скупчення та . У масштабах рідної групи вони могли підійти досить близьку відстань, щоб запустити процес злиття. Результат завжди залежить від маси.

У стандартному сценарії маленькі приєднуються до великих (з'їдаються). Нещодавно і Чумацький Шлях «пообідав» кількома карликовими галактиками, приєднавши їх зірки себе. Цікаво спостерігати за зіткненням однакових галактик, які в кінці трансформуються в гігантські еліптичні типи.

Дві галактики сплелися у своєму "смертельному танці"

У момент галактичного зіткнення їхня спіральна структура руйнується, тому дозволяє перейти на новий рівень. Еліптичні вважаються найбільшими у своєму вигляді. Крім того, при злитті збільшуються і центральні надмасивні чорні дірки.

Щоправда, тут варто відзначити, що не завжди закінчується появою еліптичної галактики. Вважають, що якийсь контакт вже зараз відбувається між нашою галактикою та . Навіть більше, виявляється, що Карликова галактика у Великому Псі вже стала частиною Чумацького Шляху.

Хоча сам процес злиття сприймається як щось серйозне, зірки розташовані на великих дистанціях, тому катастрофічні вибухи та зіткнення бувають рідко. Але в цьому процесі формуються хвилі ударної гравітації, що призводять до появи нових зірок. Це те, на що варто очікувати через 4 мільярди років, коли Чумацький Шлях і зіткнуться.

Третя стадія еволюції галактики – загибель

Еволюція галактики одного разу завершиться, адже все має початок і кінець. Настає час, коли в галактиці закінчується пил та газ. Адже це головний матеріал для появи нових зірок. Мільярди років активність уповільнюється, доки все не зупиниться повністю. Але це ще не смерть, оскільки галактика здатна знайти сусіда та злитися з ним, щоб запустити новий процес.

Вважають, що Чумацький Шлях витратив більшу частину «зоряного палива» і тепер уповільнює свою активність. Зірки на кшталт Сонця живуть приблизно 10 мільярдів років. Але карлики здатні протриматися до кількох трильйонів. Переживати не варто, адже зіткнення Чумацького Шляху з Андромедою продовжить існування нашої галактики.

За прогнозами, одного разу всі галактики в цій ділянці об'єднаються в одного еліптичного гіганта. Вчені можуть спостерігати такий результат вже зараз (наприклад, ). Ці галактики вже вичерпали газові запаси. Зрештою, зірки поступово віддалятимуться, поки весь простір не досягне фонової температури.

Коли в нашої галактики закінчаться сусіди, вона приєднається до тієї ж долі. Сама ж галактична еволюція триває понад мільярд років і поки що до кінця ще дуже далеко.

Еволюція галактик

Щоб глибше вникнути у процес еволюції галактик, подивіться цікаве відео. Астрофізик Анатолій Засов про відмінність близьких і далеких галактик, трансформацію та межу їх віку:

Зміст: Введення. Початок Всесвіту. Народження надгалактик та скупчень галактик. Народження галактик. Газово-пилові комплекси – колиска зірок. Зоряні асоціації. Коротко про весь процес народження. Процес еволюції Всесвіту відбувається дуже повільно. Адже Всесвіт у багато разів старший за астрономію і взагалі людську культуру. Зародження та еволюція життя землі є лише мізерною ланкою в еволюції Всесвіту. І все ж дослідження, проведені в нашому столітті, відкрили завісу, яка закриває від нас далеке минуле. Сучасні астрономічні спостереження свідчать про те, що початком Всесвіту, приблизно десять мільярдів років тому, була гігантська вогненна куля, розпечена і щільна. Його склад дуже простий. Ця вогненна куля була настільки розпечена, що складалася лише з вільних елементарних частинок, які стрімко рухалися, стикаючись один з одним. Протягом десяти мільярдів років після "великого вибуху" найпростіша безформна речовина поступово перетворювалася на атоми, молекули, кристали, породи, планети. Народжувалися зірки, системи, що з величезної кількості елементарних частинок з дуже простою організацією. На деяких планетах виникли форми життя. Початок Всесвіту Всесвіт постійно розширюється. Той момент, з якого Всесвіт почав розширюватися, прийнято вважати його початком. Тоді почалася перша і повна драматизму ера історія всесвіту, її називають “великим вибухом” чи англійським терміном Big Bang. Під розширенням Всесвіту мається на увазі такий процес, коли та сама кількість елементарних частинок і фотонів займають постійно зростаючий обсяг. Середня щільність Всесвіту внаслідок розширення поступово знижується. З цього випливає, що в минулому Щільність Всесвіту була більшою, ніж нині. Можна припустити, що в давнину (приблизно десять мільярдів років тому) щільність Всесвіту була дуже великою. Крім того високою мала бути і температура, настільки високою, що щільність випромінювання перевищувала щільність речовини. Інакше кажучи енергія всіх фотонів, що містяться в 1 куб. см була більша за суму загальної енергії частинок, що містяться в 1 куб. див. На ранньому етапі, у перші миті "великого вибуху" вся матерія була сильно розпеченою і густою сумішшю частинок, античастинок і високоенергійних гамма-фотонів. Частинки при зіткненні з відповідними античастинками анігілювали, але гамма-фотони, що виникають, моментально матеріалізувалися в частинки і античастинки. Народження надгалактик і скупчень галактик З появою атомів водню починається зіркова ера - ера частинок, точніше, ера протонів та електронів. Всесвіт вступає у зіркову еру у формі водневого газу з великою кількістю світлових та ультрафіолетових фотонів. Водневий газ розширювався у різних частинах Всесвіту з різною швидкістю. Неоднаковою була також його щільність. Він утворював величезні згустки, багато мільйонів світлових років. Маса таких космічних водневих згустків була в сотні тисяч, а то й у мільйони разів більша, ніж маса нашої теперішньої Галактики. Розширення газу всередині згустків йшло повільніше, ніж розширення розрідженого водню між самими згущення. Пізніше з окремих ділянок за допомогою власного тяжіння утворилися надгалактики та скупчення галактик. Отже, найбільші структурні одиниці Всесвіту – надгалактики – є результатом нерівномірного розподілу водню, який відбувався на ранніх етапах історії Всесвіту. Народження галактик Колосальні водневі згущення - зародки понад галактики і скупчення галактик - повільно оберталися. Усередині їх утворювалися вихори, схожі на вири. Їхній діаметр досягав приблизно ста тисяч світлових років. Ми називаємо ці системи протогалактиками, тобто. зародками галактик. Незважаючи на свої неймовірні розміри, вихори протогалактик були лише нікчемною частиною надгалактик і за розміром не перевищували одну тисячну надгалактики. Сила гравітації утворювала із цих вихорів системи зірок, які ми називаємо галактиками. Деякі з галактик досі нагадують нам величезне завихрення. Астрономічні дослідження показують, що швидкість обертання завихрення визначила форму галактики, що народилася з цього вихору. Висловлюючись науковою мовою, швидкість осьового обертання визначає тип майбутньої галактики. З вихорів, що повільно обертаються, виникли еліптичні галактики, в той час як з швидко обертаються народилися сплющені спіральні галактики. В результаті сили тяжіння вихор, що дуже повільно обертається, стискався в кулю або кілька сплюнутий еліпсоїд. Розміри такої правильної гігантської водневої хмари були від кількох десятків до кількох сотень тисяч світлових років. Неважко визначити, які з водневих атомів увійшли до складу еліптичної, що точиться, точніше кажучи еліпсоїдальної галактики, а які залишилися в космічному просторі поза нею. Якщо енергія зв'язку сил гравітації атома на периферії перевищувала його кінетичну енергію, атом ставав складовою галактики. Ця умова називається критерієм Джинсу. З його допомогою можна визначити, якою мірою залежала маса і величина протогалактики від щільності і температури водневого газу. Протогалактика, яка взагалі не оберталася, ставала родоначальницею кульової галактики. Сплющені еліптичні галактики народжувалися з протогалактик, що повільно обертаються. Через недостатню відцентрову силу переважала гравітаційна сила. Протогалактика стискалася і щільність водню у ній зростала. Щойно щільність досягала певного рівня, почали виділятися і стискуються згустки водню. Народжувалися протозірки, які пізніше еволюціонували у зірки. Народження всіх зірок у кульовій або трохи плескатій галактиці відбувалося майже одночасно. Цей процес продовжувався відносно недовго, приблизно сто мільйонів років. Це означає, що у еліптичних галактиках всі зірки приблизно однакового віку, тобто. дуже старі. В еліптичних галактиках весь водень був вичерпаний відразу ж на початку, приблизно в першу соту існування галактики. Протягом наступних 99 сотих цього періоду зірки не могли виникати. Таким чином, в еліптичних галактиках кількість міжзоряної речовини мізерна. Спіральні галактики, у тому числі й наша, складаються з дуже старої сферичної складової (у цьому вони схожі на еліптичні галактики) і з молодшої плоскої складової, що знаходиться в спіральних рукавах. Між цими складовими існує кілька перехідних компонентів різного рівня сплюснутості, різного віку та швидкості обертання. Будова спіральних галактик, таким чином, складніша і різноманітніша, ніж будова еліптичних. Спіральні галактики також обертаються значно швидше, ніж еліптичні галактики. Не слід забувати, що вони утворилися з вихорів, що швидко обертаються, надгалактики. Тому у створенні спіральних галактик брали участь і гравітаційна та відцентрова сили. Якби з нашої галактики через сто мільйонів років після її виникнення (цей час формування сферичної складової) зник весь міжзоряний водень, нові зірки не змогли б народжуватися, і наша галактика стала б еліптичною. Але міжзоряний газ у ті далекі часи не випарувався, і таким чином гравітація та обертання могли продовжувати будівництво нашої та інших спіральних галактик. На кожен атом міжзоряного газу діяли дві сили - гравітація, що притягує його до центру галактики та відцентрова сила, що виштовхує його у напрямку від осі обертання. Зрештою, газ стискався у напрямку до галактичної площини. В даний час міжзоряний газ сконцентрований до галактичної площини дуже тонкий шар. Він зосереджений насамперед у спіральних рукавах і є плоскою або проміжною складовою, названою зоряним населенням другого типу. На кожному етапі сплющування міжзоряного газу дедалі більш тонкий диск народжувалися зірки. Тому в нашій галактиці можна знайти як старі, що виникли приблизно десять мільярдів років тому, так і зірки, що народилися нещодавно в спіральних рукавах, у так званих асоціаціях і розсіяних скупченнях. Можна сказати, що чим сплющена система, в якій народилися зірки, тим вони молодші. Всесвіт розвивається і в наш час. У спіральних галактиках народжуються та вмирають зірки. Всесвіт продовжує розширюватися. Газово-пилові комплекси - колиска зірок Звідки ж беруться в нашій Галактиці молоді та "надмолоді" зірки? З давніх-давен, за традицією, що сходить до гіпотези Канта і Лапласа про походження Сонячної системи, астрономи припускали, що зірки утворюються з розсіяного дифузного газово-пилового середовища. Була лише одна сувора теоретична основа такого переконання - гравітаційна нестійкість спочатку однорідного дифузного середовища. Справа в тому, що в такому середовищі неминучі малі обурення густини, тобто відхилення від суворої однорідності. надалі, однак, якщо маси цих конденсацій перевершують певну межу, під впливом сили всесвітнього тяжіння малі обурення наростатимуть і спочатку однорідне середовище розіб'ється на кілька конденсацій. Під дією сили гравітації ці конденсації продовжуватимуть стискатися і, як можна вважати, зрештою перетворяться на зірки. Характерний час стиснення хмари до розмірів протозірки можна оцінити за простою формулою механіки, яка описує вільне падіння тіла під впливом прискорення. Так, наприклад, хмара з масою, що дорівнює сонячній, стиснеться за мільйон років. У процесі тільки що описаної першої стадії конденсації газово-пилової хмари в зірку, яка називається "стадією вільного падіння", звільняється певна кількість гравітаційної енергії. Половина енергії, що звільнилася при стисканні хмари, повинна залишити хмару у вигляді інфрачервоного випромінювання, а половина піти на нагрівання речовини. Як тільки хмара, що стискається, стане непрозорою для свого інфрачервоного випромінювання, світність його різко впаде. Воно продовжуватиме стискатися, але вже не за законом вільного падіння, а набагато повільніше. Температура його внутрішніх областей, після того як процес дисоціації молекулярного водню закінчиться, буде неодмінно підвищуватися, оскільки половина гравітаційної енергії, що звільняється при стисканні, йтиме на нагрівання хмари. Втім, такий об'єкт назвати хмарою вже не можна. Це вже справжнісінька протозірка. Таким чином, з простих законів фізики слід очікувати, що може відбутися єдиний і закономірний процес еволюції газово-пилових комплексів спочатку в протозірки, а потім і в зірки. Однак можливість – це ще не є дійсністю. Найпершим завданням спостережної астрономії є, по-перше, вивчити реальні хмари міжзоряного середовища проаналізувати, чи здатні вони стискатися під впливом власної гравітації. Для цього треба знати їх розміри, щільність та температуру. По-друге, дуже важливо отримати додаткові аргументи на користь "генетичної близькості хмар та зірок (наприклад, тонкі деталі їх хімічного і навіть ізотопного складу, генетичний зв'язок зірок та хмар та інше). По-третє, дуже важливо отримати зі спостережень незаперечні свідчення існування ранніх етапів розвитку протозірок (наприклад, спалахи інфрачервоного випромінювання наприкінці стадії вільного падіння.) Крім того, тут можуть спостерігатися, і, мабуть, спостерігаються зовсім несподівані явища. Нарешті, слід детально вивчати протозірки. Емпіричним підтвердженням процесу утворення зірок з хмар міжзоряного середовища є та давно відома обставина, що масивні зірки класів Про і В розподілені в Галактиці не однорідно, а групуються в окремі великі скупчення, які пізніше отримали назву "Зіркові асоціації". асоціації". Але такі зірки мають бути молодими об'єктами. Таким чином, сама практика астрономічних спостережень підказувала, що зірки народжуються не поодинці, а як гніздами, що якісно узгоджується з уявленнями теорії гравітаційної нестійкості. Молоді асоціації зірок (що складаються не лише з одних гарячих масивних гігантів, а й з інших примітних, наперед молодих об'єктів) тісно пов'язані з великими газово-пиловими комплексами міжзоряного середовища. Природно вважати, що такий зв'язок має бути генетичним, тобто ці зірки утворюються шляхом конденсації хмар газово-пилового середовища. Процес народження зірок, як правило, не помітний, тому що прихований від нас пеленою космічного пилу, що поглинає світло. Тільки радіоастромонія, як тепер можна з великою впевненістю вважати, внесла радикальну зміну в проблему вивчення народження зірок. По-перше, міжзоряний пил не поглинає радіохвилі. По-друге, радіоастрономія відкрила абсолютно несподівані явища у газово-пилових комплексах міжзіркою середовища, які мають пряме відношення до процесу зіркоутворення. Список використаної литературы: І. З. Шкловський. Зірки: їх народження, життя та смерть П. І. Бакулін. Курс загальної астрономії Ю. Н. Єфремов. У глибині Всесвіту Йосип Клечек і Петро Якеш «Всесвіт і земля», © 1985 Артія, Прага. Видання російською мовою 1986. В.В. Кесарєв «Еволюція речовини у всесвіті», © 1976 Атоміздат, Москва.

Виникнення та еволюція галактик Виникнення ссавців Виникнення християнства Див. також Походження Ініціалізація Зародження … Вікіпедія

Космологія Вік Всесвіту Великий вибух Відстань, що рухається Реліктове випромінювання Космологічне рівняння стану Темна енергія Прихована маса Всесвіт Фрідмана Космологічний принцип Космологічні моделі Формування гала … Вікіпедія

Спіральні галактики NGC 3808A і NGC 3808B, що зіштовхуються (Arp 87). Фото телескопа Hubble … Вікіпедія

Активні ядра галактик ядра галактик, що спостерігаються процеси в яких не можна пояснити властивостями зірок, що знаходяться в них, і газово пилових комплексів. Активна гігантська еліптична галактика M87. З центру галактики виривається... Вікіпедія

Морфологічна класифікація галактик - система поділу галактик на групи за візуальними ознаками, що використовується в астрономії. Існує кілька схем поділу галактик на морфологічні типи. Найбільш відома була запропонована… … Вікіпедія

- (Надскупчення Діви) система галактик розміром близько 200 млн. св. років, що включає Місцеву групу галактик, скупчення галактик у Діві та кілька інших скупчень та груп галактик. Загалом до складу Місцевого надскопіювання входять 100… Вікіпедія

Всесвіт у межах 1 млрд світлових років (307 Мпарсек), що показує найближчі скупчення надскупчення галактик численні групи галак ...

Hubble Ultra Deep Field показує більш ніж 10 000 галактик в 0,000024% неба.

Нижче наводиться список відомих галактик у межах 3,6 мегапарсек (11,7 млн ​​світлових років) від Землі в порядку віддаленості від Землі (див. нижче). 3,6 Мпк це відстань до центру найближчих двох великих груп галактик: Групи… … Вікіпедія

Нагромадження галактик гравітаційно пов'язані системи галактик, одні з найбільших структур у всесвіті. Розміри скупчень галактик можуть досягати 108 світлових років. Скупчення умовно поділяються на два види: регулярні скупчення.

Книги

• Частотно-хвильова стратегія природи. Формула життя, Б. М. Мартинов. У цій книзі міститься дослідження щодо деяких актуальних проблем фізики та біології. У ній представлений альтернативний погляд на основні категорії фізики та філософії, такі як…