Formarea și structura galaxiilor este următoarea întrebare importantă despre originea Universului. Este studiat nu numai de cosmologie ca știință a Universului, ci și cosmogonie (greacă. „Goneya” înseamnă naștere) este un domeniu al științei care studiază originea și dezvoltarea corpurilor cosmice și a sistemelor acestora (se distinge cosmogonia planetară, stelară, galactică). Cosmologia își bazează concluziile pe legile fizicii, chimiei și geologiei.

Galaxie sunt grupuri gigantice de stele și sistemele lor (până la aproximativ 10 13 stele), având propriul centru (nucleu) și forme diferite (sferice, spiralate, eliptice, aplatizate sau chiar neregulate). Miezurile galaxiilor produc hidrogen, substanța de bază a Universului. Dimensiunile galaxiilor variază de la câteva zeci de ani lumină până la 18 milioane de ani lumină. În partea de Univers vizibilă pentru noi - Metagalaxia - există miliarde de galaxii și în fiecare dintre ele există miliarde de stele. Toate galaxiile se îndepărtează unele de altele, iar viteza acestei „expansiuni” crește pe măsură ce galaxiile se îndepărtează. Galaxiile sunt departe de structuri statice: își schimbă forma și conturul, se ciocnesc și se absorb unele pe altele. Galaxia noastră cuprinde în prezent galaxia pitică a Săgetător. În aproximativ 5 miliarde de ani, va avea loc o „coliziune a lumilor”. Galaxiile învecinate Calea Lactee și Nebuloasa Andromeda se deplasează lent, dar inevitabil, una spre alta, cu o viteză de 500 de mii de km/h.

Galaxia noastră se numește Calea Lactee și este formată din 150 de miliarde de stele. Vedem acest grup de stele în nopțile senine ca o fâșie a Căii Lactee. Este format dintr-un miez și mai multe ramuri spiralate. Dimensiunile sale sunt de 100 de mii de ani lumină. Vârsta galaxiei este de aproximativ 15 miliarde de ani. Cea mai apropiată galaxie de Calea Lactee (pe care o atinge un fascicul de lumină în 2 milioane de ani) este Nebuloasa Andromeda. Majoritatea stelelor din galaxia noastră sunt concentrate într-un „disc” gigant sub forma unei lentile biconvexe, cu o grosime de aproximativ 1500 de ani lumină. Stele și nebuloase din galaxie se mișcă pe orbite foarte complexe. În primul rând, ei participă la rotația galaxiei în jurul axei sale cu o viteză de aproximativ 250 km/s. Soarele este situat la o distanță de aproximativ 30 de mii de ani lumină de centrul galaxiei. În timpul existenței sale, Soarele a făcut aproximativ 25 de rotații în jurul axei sale de rotație.

Procesul de formare a galaxiilor – spre deosebire de formarea stelelor și sinteza elementelor din interiorul acestora – nu este încă bine înțeles. În 1963, la granița Universului observabil, au descoperit quasari(sursele radio cvasi-stelare) sunt cele mai puternice surse de emisie radio din Univers cu o luminozitate de sute de ori mai mare decât luminozitatea galaxiilor și dimensiuni de zeci de ori mai mici decât acestea. S-a presupus că quasarii reprezintă nucleele noilor galaxii și, prin urmare, procesul de formare a galaxiilor continuă până în zilele noastre.

Trimiteți-vă munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Utilizați formularul de mai jos

Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.

Postat pe http://www.allbest.ru/

Instituție de învățământ non-statală

studii profesionale superioare

ABSTRACT

conform conceptului de ştiinţă naturală modernă

pe tema: „Evoluția și structura galaxiei”

Moscova 2013

Introducere

1. Evoluția galaxiilor

2. Structura galaxiilor

3. Structura galaxiei noastre (Calea Lactee)

Concluzie

Bibliografie

Introducere

În prezent, nu există o teorie satisfăcătoare a originii și evoluției galaxiilor. Există mai multe ipoteze concurente pentru a explica acest fenomen, dar fiecare are propriile sale probleme serioase. Conform ipotezei inflației, după apariția primelor stele în Univers a început procesul de unificare gravitațională a acestora în clustere și apoi în galaxii. Recent, această teorie a fost pusă sub semnul întrebării. Telescoapele moderne pot „priva” atât de departe încât văd obiecte care au existat la aproximativ 400 de mii de ani după Big Bang. S-a descoperit că galaxiile complet formate existau deja în acel moment. Se presupune că a trecut prea puțin timp între apariția primelor stele și perioada menționată mai sus de dezvoltare a Universului și, conform teoriei Big Bang, galaxiile pur și simplu nu ar fi avut timp să se formeze.

O altă ipoteză comună este că vibrațiile cuantice apar în mod constant în vid. Ele au avut loc și la începutul existenței Universului, când procesul de expansiune inflaționară a Universului, expansiune cu viteză superluminală, era în desfășurare. Aceasta înseamnă că fluctuațiile cuantice în sine s-au extins (din latinescul fluctuatio - oscilație) și la dimensiuni care erau poate de multe, de multe ori mai mari decât dimensiunea lor inițială. Cele dintre ele care existau în momentul încetării inflației au rămas „umflate” și astfel s-au dovedit a fi primele neomogenități gravitatoare din Univers. Se pare că materia a avut aproximativ 400 de mii de ani pentru a suferi compresiune gravitațională în jurul acestor neomogenități și a forma nebuloase de gaz. Și atunci a început procesul de apariție a stelelor și de transformare a nebuloaselor în galaxii.

1. Evoluția galaxiilor

Formarea galaxiilor este considerată o etapă naturală în evoluția Universului, care are loc sub influența forțelor gravitaționale. Aparent, cu aproximativ 14 miliarde de ani în urmă, separarea protoclusterelor a început în substanța primară (proto din greacă - primul). În protoclustere, grupurile de galaxii au fost separate în cursul diferitelor procese dinamice. Varietatea formelor galaxiilor este asociată cu varietatea condițiilor inițiale pentru formarea galaxiilor. Contracția galaxiei durează aproximativ 3 miliarde de ani. În acest timp, norul de gaz se transformă într-un sistem stelar. Stelele se formează prin comprimarea gravitațională a norilor de gaz. Când centrul norului comprimat atinge densități și temperaturi suficiente pentru ca reacțiile termonucleare să aibă loc în mod eficient, se naște o stea. În adâncurile stelelor masive are loc fuziunea termonucleară a elementelor chimice mai grele decât heliul. Aceste elemente intră în mediul primar hidrogen-heliu în timpul exploziilor stelare sau în timpul scurgerii liniștite a materiei cu stele. Elementele mai grele decât fierul se formează în timpul exploziilor enorme de supernove. Astfel, stelele din prima generație îmbogățesc gazul primar cu elemente chimice mai grele decât heliul. Aceste stele sunt cele mai vechi și constau din hidrogen, heliu și cantități foarte mici de elemente grele. La stelele de a doua generație, amestecul de elemente grele este mai vizibil, deoarece acestea sunt formate dintr-un gaz primar deja îmbogățit cu elemente grele. Procesul de naștere a stelelor are loc odată cu compresia continuă a galaxiei, astfel încât formarea stelelor are loc din ce în ce mai aproape de centrul sistemului, iar cu cât mai aproape de centru, cu atât ar trebui să fie mai multe elemente grele în stele. Această concluzie este de acord cu datele despre abundența elementelor chimice din stele din haloul galaxiei noastre și galaxiile eliptice. Într-o galaxie în rotație, stelele viitorului halo se formează într-o etapă anterioară de contracție, când rotația nu a afectat încă forma generală a galaxiei.

Dovada acestei ere în galaxia noastră sunt clusterele stelare globulare. Când compresia protogalaxiei se oprește, energia cinetică a stelelor de disc rezultate este egală cu energia interacțiunii gravitaționale colective. În acest moment, sunt create condiții pentru formarea unei structuri spiralate, iar nașterea stelelor are loc în ramurile spiralate, în care gazul este destul de dens. Acestea sunt stele din a treia generație. Acestea includ Soarele nostru. Rezervele de gaz interstelar se epuizează treptat, iar nașterea stelelor devine mai puțin intensă. În câteva miliarde de ani, când toate rezervele de gaze se vor epuiza, galaxia spirală se va transforma într-o galaxie lenticulară, formată din stele roșii slabe. Galaxiile eliptice sunt deja în acest stadiu: tot gazul din ele a fost consumat acum 10-15 miliarde de ani. Vârsta galaxiilor este aproximativ vârsta Universului. Unul dintre secretele astronomiei rămâne întrebarea care sunt nucleele galaxiilor. O descoperire foarte importantă a fost că unele nuclee galactice sunt active. Această descoperire a fost neașteptată. Anterior, se credea că nucleul galactic nu era altceva decât un grup de sute de milioane de stele. S-a dovedit că atât emisia optică, cât și cea radio a unor nuclee galactice se pot schimba în câteva luni. Aceasta înseamnă că într-un timp scurt, o cantitate uriașă de energie este eliberată din nuclee, de sute de ori mai mare decât cea eliberată în timpul exploziei unei supernove. Astfel de nuclee sunt numite „active”, iar procesele care au loc în ele sunt numite „activitate”. În 1963, au fost descoperite obiecte de un nou tip situate dincolo de granițele galaxiei noastre. Aceste obiecte au un aspect în formă de stea. De-a lungul timpului, au aflat că luminozitatea lor este de multe zeci de ori mai mare decât luminozitatea galaxiilor! Cel mai uimitor lucru este că luminozitatea lor se schimbă. Puterea radiației lor este de mii de ori mai mare decât puterea nucleelor ​​active. Aceste obiecte au fost numite quasari. Acum se crede că nucleele unor galaxii sunt quasari.

Oamenii de știință au început să adopte o abordare serioasă a problemei evoluției galaxiilor la mijlocul anilor 1940. Acești ani au fost marcați de o serie de descoperiri importante în astronomia stelară. S-a putut afla că printre clusterele stelare, deschise și globulare, există tineri și bătrâni, iar oamenii de știință au putut chiar să le estimeze vârsta. A fost necesar să se efectueze un fel de recensământ al populației în galaxii de diferite tipuri și să se compare rezultatele. În care galaxii (eliptice sau spirale), în care clase de galaxii sunt predominante stele mai tinere sau mai vechi. Un astfel de studiu ar oferi o indicație clară a direcției de evoluție a galaxiilor și ar face posibilă clarificarea semnificației evolutive a clasificării galaxiilor Hubble. Dar mai întâi, astronomii trebuiau să descopere relația numerică dintre diferitele tipuri de galaxii. Studiul direct al fotografiilor realizate la Observatorul Mount Wilson a permis lui Hubble să obțină următoarele rezultate: galaxii eliptice - 23%, galaxii spirale - 59%, spirale barate - 15%, neregulate - 3%.

Astrofizicianul Edwin Powell Hubble a propus o clasificare interesantă a galaxiilor în 1926 și a îmbunătățit-o în 1936. Această clasificare se numește „Diapazon Hubble”. Până la moartea sa în 1953. Hubble și-a îmbunătățit sistemul, iar după moartea sa, acest lucru a fost făcut de astronomul american Allan Rex Samndige, care în 1961 a introdus inovații semnificative în sistemul Hubble. stea materie întunecată galaxie calea lactee

Cu toate acestea, în 1948, astronomul Yuri Nikolaevich Efremov a procesat date din catalogul de galaxii al astronomului american Harlow Shapley și al Centrului de Cercetare NASA. Ames și a ajuns la următoarele concluzii: galaxiile eliptice sunt în medie cu 4 magnitudini mai slabe decât galaxiile spirale în magnitudine absolută. Printre ele există multe galaxii pitice. Dacă luăm în considerare această circumstanță și recalculăm numărul de galaxii pe unitatea de volum, se dovedește că există de aproximativ 100 de ori mai multe galaxii eliptice decât cele spiralate. Majoritatea galaxiilor spirale sunt galaxii gigantice, cele mai multe galaxii eliptice sunt galaxii pitice. Desigur, între ambele există o anumită răspândire în dimensiune; există galaxii gigantice eliptice și pitici spirală, dar sunt foarte puține dintre ambele. În 1947, H. Shapley a atras atenția asupra faptului că numărul supergiganților strălucitori scade treptat pe măsură ce trecem de la galaxiile neregulate la cele spiralate, iar apoi la cele eliptice. S-a dovedit că tocmai galaxiile neregulate și galaxiile cu ramuri foarte ramificate erau cele tinere. H. Shapley a exprimat apoi ideea că trecerea galaxiilor de la o clasă la alta nu are loc neapărat. Este posibil ca galaxiile să fi fost toate formate așa cum le vedem și apoi să fi evoluat doar încet în direcția netezirii și rotunjirii formelor lor. Probabil că nu există o schimbare unidirecțională în galaxii. H. Shapley a atras atenția asupra unei alte circumstanțe importante. Galaxiile duble nu sunt rezultatul ciocnirii unei galaxii și a fi capturate de alta. Galaxiile spirale coexistă adesea în astfel de perechi cu cele eliptice. Astfel de perechi galactice, după toate probabilitățile, au apărut împreună. În acest caz, este imposibil să presupunem că au trecut printr-o cale de dezvoltare semnificativ diferită. În 1949, astronomul sovietic Boris Vasilyevich Kukarkin a atras atenția asupra existenței nu numai a galaxiilor perechi, ci și a grupurilor de galaxii. Între timp, vârsta unui cluster de galaxii, judecând după datele mecanicii cerești, nu poate depăși 10-12 miliarde de ani. Astfel, s-a dovedit că galaxii de diferite forme s-au format aproape simultan în Metagalaxie. Aceasta înseamnă că trecerea fiecărei galaxii în timpul existenței sale de la un tip la altul este complet inutilă.

2. Structura galaxiilor

Galamctica (greacă veche GblboYabt - Calea Lactee) este un sistem legat gravitațional de stele, gaz interstelar, praf și materie întunecată. Toate obiectele din galaxii participă la mișcare față de un centru de masă comun. Galaxiile sunt obiecte extrem de îndepărtate; distanța până la cele mai apropiate este de obicei măsurată în megaparsecs, iar la cele îndepărtate - în unități de deplasare spre roșu z. Tocmai datorită distanței lor se pot distinge pe cer doar trei dintre ei cu ochiul liber: nebuloasa Andromeda (vizibilă în emisfera nordică), Norii Magellanic Mari și Mici (vizibili în emisfera sudică). Nu a fost posibil să se rezolve imaginile galaxiilor până la stele individuale până la începutul secolului al XX-lea. La începutul anilor 1990, nu existau mai mult de 30 de galaxii în care puteau fi văzute stele individuale și toate făceau parte din Grupul Local. După lansarea telescopului spațial Hubble și punerea în funcțiune a telescoapelor terestre de 10 metri, numărul galaxiilor în care a fost posibil să se distingă stelele individuale a crescut brusc. Una dintre problemele nerezolvate în structura galaxiilor este materia întunecată, care se manifestă doar în interacțiunea gravitațională. Poate reprezenta până la 90% din masa totală a galaxiei sau poate fi complet absentă, ca în galaxiile pitice.

Galaxia este formată dintr-un disc, un halou și o coroană.

1. Halo (componenta sferică a Galaxiei). Stelele sale sunt concentrate spre centrul galaxiei, iar densitatea materiei, sus în centrul galaxiei, scade destul de repede odată cu distanța de aceasta.

2. Bulgerea este partea centrală și cea mai densă a halou în câteva mii de ani lumină de centrul galaxiei.

3. Disc stelar (componentă plată a Galaxy). Arată ca două farfurii pliate la margini. Concentrația de stele în disc este mult mai mare decât în ​​halou. Stelele din interiorul discului se deplasează în traiectorii circulare în jurul centrului galaxiei. Soarele este situat în discul stelar dintre brațele spirale.

Regiunea centrală, cea mai compactă a Galaxiei se numește nucleu. Miezul are o concentrație mare de stele, cu mii de stele în fiecare parsec cubic. În centrul aproape fiecărei galaxii există un corp foarte masiv - o gaură neagră - cu o gravitație atât de puternică încât densitatea sa este egală sau mai mare decât densitatea nucleelor ​​atomice. De fapt, fiecare gaură neagră este o mică în spațiu, dar în ceea ce privește masa este pur și simplu un miez monstruos, care se rotește furioasă. Denumirea „gaura neagră” este în mod clar regretabilă, deoarece nu este deloc o gaură, ci un corp foarte dens, cu o gravitație puternică - astfel încât nici măcar fotonii de lumină nu pot scăpa din ea. Și când o gaură neagră acumulează prea multă masă și energie cinetică de rotație, echilibrul de masă și energie cinetică este perturbat în ea și apoi expulzează fragmente din ea însăși, care (cele mai masive) devin mici găuri negre de ordinul doi, fragmentele mai mici devin stele viitoare, când adună atmosfere mari de hidrogen din norii galactici, iar fragmentele mici devin planete, când hidrogenul colectat nu este suficient pentru a începe fuziunea termonucleară. Cred că galaxiile sunt formate din găuri negre masive; în plus, circulația cosmică a materiei și energiei are loc în galaxii. În primul rând, gaura neagră absoarbe materia împrăștiată în Metagalaxie: în acest moment, datorită gravitației sale, ea acționează ca un „aspirator de praf și gaz”. Hidrogenul împrăștiat în Metagalaxie este concentrat în jurul găurii negre și se formează o acumulare sferică de gaz și praf. Rotația găurii negre antrenează gaz și praf, determinând aplatizarea norului sferic, formând un miez central și brațe. După ce a acumulat o masă critică, gaura neagră din centrul norului de gaz și praf începe să ejecteze fragmente (fragmentoide), care se desprind de ea cu o accelerație mare, suficientă pentru a fi aruncată într-o orbită circulară în jurul găurii negre centrale. Pe orbită, interacționând cu norii de gaz și praf, acești fragmentoizi captează gravitațional gazul și praful. Fragmentoizii mari devin stele. Găurile negre, cu gravitația lor, atrag praf și gaz cosmic, care, căzând pe astfel de găuri, devin foarte fierbinți și emit raze X. Când cantitatea de materie din jurul unei găuri negre devine rară, strălucirea acesteia scade brusc. Acesta este motivul pentru care unele galaxii au o strălucire strălucitoare în centrul lor, în timp ce altele nu. Găurile negre sunt ca „ucigașe” cosmice: gravitația lor atrage chiar și fotonii și undele radio, motiv pentru care gaura neagră în sine nu emite și arată ca un corp complet negru. Dar, probabil, periodic echilibrul gravitațional din interiorul găurilor negre este perturbat, iar acestea încep să ejecteze aglomerări de materie superdensă cu o gravitate puternică, sub influența căreia aceste aglomerări capătă o formă sferică și încep să atragă praf și gaz din spațiul înconjurător. . Din substanța capturată, pe aceste corpuri se formează învelișuri solide, lichide și gazoase. Cu cât cheagul de materie superdensă (fragmentoid) ejectat de gaura neagră a fost mai masiv, cu atât va colecta mai mult praf și gaz din spațiul înconjurător (dacă, desigur, această substanță este prezentă în spațiul înconjurător). Aproape toată materia moleculară a mediului interstelar este concentrată în regiunea inelară a discului galactic (3-7 kpc). Radiația vizibilă din regiunile centrale ale Galaxiei ne este complet ascunsă de straturi groase de materie absorbantă.

Există trei tipuri de galaxii: spirală, eliptică și neregulată. Galaxiile spirale au un disc, brațe și halouri bine definite. În centru este un grup dens de stele și materie interstelară, iar chiar în centru este o gaură neagră. Brațele din galaxiile spirale se extind din centrul lor și se răsucesc la dreapta sau la stânga în funcție de rotația nucleului și a găurii negre (mai precis, un corp superdens) din centrul acesteia. În centrul discului galactic este o condensare sferică numită umflătură. Numărul de ramuri (brațe) poate fi diferit: 1, 2, 3,... dar cel mai adesea există galaxii cu doar două ramuri. În galaxii, haloul include stele și materie gazoasă foarte rarefiată, care nu este inclusă în spirale sau disc. Trăim într-o galaxie spirală numită Calea Lactee, iar în zilele senine, galaxia noastră este clar vizibilă pe cerul nopții ca o dungă largă și albicioasă pe cer. Galaxia noastră ne este vizibilă în profil. Grupurile globulare din centrul galaxiilor sunt practic independente de poziția discului galactic. Brațele galaxiilor conțin o parte relativ mică din toate stelele, dar aproape toate stelele fierbinți de luminozitate ridicată sunt concentrate în ele. Stelele de acest tip sunt considerate tinere de către astronomi, astfel încât brațele spiralate ale galaxiilor pot fi considerate locul formării stelelor. Galaxiile eliptice se găsesc adesea în grupuri dense de galaxii spirale. Au forma unui elipsoid sau a unei bile, iar cele sferice sunt de obicei mai mari decât cele elipsoidale. Viteza de rotație a galaxiilor elipsoidale este mai mică decât cea a galaxiilor spirale, motiv pentru care discul lor nu este format. Astfel de galaxii sunt de obicei saturate cu clustere globulare de stele. Galaxiile eliptice, cred astronomii, constau din stele vechi și sunt aproape complet lipsite de gaz. Galaxiile neregulate au de obicei masă și volum reduse și conțin puține stele. De regulă, aceștia sunt sateliți ai galaxiilor spirale. De obicei, au foarte puține grupuri globulare de stele. Exemple de astfel de galaxii sunt sateliții Căii Lactee - norii Magellanic Mari și Mici. Dar printre galaxiile neregulate există și mici galaxii eliptice.

3. Structura galaxiei noastre (Calea Lactee)

Calea Lactee - din lat. prin lactee "drumul laptelui"

În școala astronomică sovietică, Calea Lactee era numită pur și simplu „Galaxia noastră” sau „sistemul Căii Lactee”; Expresia „Calea Lactee” a fost folosită pentru a se referi la stelele vizibile care constituie optic Calea Lactee pentru un observator.

Diametrul Galaxy este de aproximativ 30 de mii de parsecs (aproximativ 100.000 de ani lumină, 1 quintilion de kilometri) cu o grosime medie estimată de aproximativ 1000 de ani lumină. Galaxia conține, conform estimării celei mai mici, aproximativ 200 de miliarde de stele (estimările moderne variază între 200 și 400 de miliarde). Majoritatea stelelor sunt situate sub forma unui disc plat. În ianuarie 2009, masa Galaxiei este estimată la 3·10 12 mase solare, sau 6·10 42 kg. Cea mai mare parte a masei Galaxiei este conținută nu în stele și gazul interstelar, ci într-un halou neluminos de materie întunecată. Abia în anii 1980, astronomii au sugerat că Calea Lactee era mai degrabă o galaxie spirală barată decât o galaxie spirală obișnuită. Această presupunere a fost confirmată în 2005 de Telescopul Spațial Lyman Spitzer, care a arătat că bara centrală a galaxiei noastre este mai mare decât se credea anterior. Stele tinere și grupuri de stele, a căror vârstă nu depășește câteva miliarde de ani, sunt concentrate în apropierea planului discului. Ele formează așa-numita componentă plată. Printre ele se numără multe stele luminoase și fierbinți. Gazul din discul Galaxy este, de asemenea, concentrat în principal în apropierea planului său. Este distribuit inegal, formând numeroși nori de gaz - de la nori giganți cu structură eterogenă, care se întind pe câteva mii de ani lumină, până la nori mici, de dimensiunea nu mai mare de un parsec. În partea de mijloc a Galaxiei există o îngroșare numită umflătură, care are aproximativ 8 mii de parsecs în diametru. Centrul nucleului galactic este situat în constelația Săgetător. Distanța de la Soare la centrul Galaxiei este de 8,5 kiloparsecs (2,62·10 17 km, sau 27.700 de ani lumină). În centrul Galaxiei, aparent, există o gaură neagră supermasivă în jurul căreia, probabil, se rotește o gaură neagră de masă medie și o perioadă orbitală de aproximativ 100 de ani și câteva mii de unele relativ mici. Efectul lor gravitațional combinat asupra stelelor învecinate le face pe acestea din urmă să se miște pe traiectorii neobișnuite. Există o presupunere că majoritatea galaxiilor au găuri negre supermasive în miez. Regiunile centrale ale Galaxiei sunt caracterizate de o concentrație puternică de stele: fiecare parsec cubic din apropierea centrului conține multe mii dintre ele. Distanțele dintre stele sunt de zeci și sute de ori mai mici decât în ​​vecinătatea Soarelui. La fel ca majoritatea celorlalte galaxii, distribuția masei în Calea Lactee este de așa natură încât viteza orbitală a majorității stelelor din această galaxie nu depinde în mod semnificativ de distanța lor față de centru. Mai departe de podul central spre cercul exterior, viteza obișnuită de rotație a stelelor este de 210-240 km/s. Astfel, o astfel de distribuție a vitezei, neobservată în sistemul solar, unde diferite orbite au viteze de rotație diferite, este una dintre premisele existenței materiei întunecate. Se crede că lungimea barei galactice este de aproximativ 27.000 de ani lumină. Această bară trece prin centrul galaxiei la un unghi de 44 ± 10 grade față de linia dintre Soarele nostru și centrul galaxiei. Este format în principal din stele roșii, care sunt considerate foarte vechi. Saritorul este inconjurat de un inel numit "Five Kiloparsec Ring". Acest inel conține cea mai mare parte din hidrogenul molecular al galaxiei și este o regiune activă de formare a stelelor în galaxia noastră. Dacă ar fi observată din Galaxia Andromeda, bara galactică a Căii Lactee ar fi o parte strălucitoare a acesteia.

Galaxia noastră aparține clasei galaxiilor spirale, ceea ce înseamnă că Galaxia are brațe spiralate situate în planul discului. Discul este scufundat într-un halou sferic, iar în jurul lui este o coroană sferică. Sistemul solar este situat la o distanță de 8,5 mii parsecs de centrul galactic, lângă planul Galaxiei (decalajul față de Polul Nord al Galaxiei este de doar 10 parsecs), pe marginea interioară a brațului numit brațul Orion. . Acest aranjament nu face posibilă observarea vizuală a formei mânecilor. Noile date din observațiile de gaz molecular (CO) sugerează că galaxia noastră are două brațe, începând de la o bară din partea interioară a galaxiei. În plus, mai sunt câteva mâneci în partea interioară. Aceste brațe se transformă apoi într-o structură cu patru brațe observată în linia neutră de hidrogen din părțile exterioare ale galaxiei. Majoritatea corpurilor cerești sunt combinate în diferite sisteme rotative. Astfel, Luna se învârte în jurul Pământului, sateliții planetelor gigantice își formează propriile sisteme, bogate în corpuri. La un nivel superior, Pământul și restul planetelor se învârt în jurul Soarelui. A apărut o întrebare firească: face și Soarele parte dintr-un sistem și mai mare? Primul studiu sistematic al acestei probleme a fost realizat în secolul al XVIII-lea de astronomul englez William Herschel. El a numărat numărul de stele din diferite zone ale cerului și a descoperit că pe cer există un cerc mare (mai târziu a fost numit ecuatorul galactic), care împarte cerul în două părți egale și pe care numărul de stele este cel mai mare. . În plus, cu cât partea de cer este mai aproape de acest cerc, cu atât sunt mai multe stele. În cele din urmă s-a descoperit că tocmai pe acest cerc se afla Calea Lactee. Datorită acestui fapt, Herschel a ghicit că toate stelele pe care le-am observat formează un sistem stelar gigant, care este aplatizat spre ecuatorul galactic. La început s-a presupus că toate obiectele din Univers sunt părți ale galaxiei noastre, deși Kant a sugerat, de asemenea, că unele nebuloase ar putea fi galaxii similare cu Calea Lactee. Încă din 1920, problema existenței obiectelor extragalactice a stârnit dezbateri (de exemplu, celebra Mare Dezbatere dintre Harlow Shapley și Heber Curtis; primul a apărat unicitatea Galaxiei noastre). Ipoteza lui Kant a fost în cele din urmă dovedită abia în anii 1920, când Edwin Hubble a reușit să măsoare distanța până la niște nebuloase spirale și să arate că, datorită distanței lor, acestea nu pot face parte din Galaxie.

Concluzie

Există un ciclu al materiei în Univers, a cărui esență este împrăștierea materiei prin găuri negre supermasive, explozii de nova și supernove și apoi colectarea materiei împrăștiate de către planete, stele și găuri negre folosind gravitația lor. Nu a existat Big Bang, în urma căruia Universul nostru (Metagalaxia) s-a născut dintr-o singularitate. Exploziile (și foarte puternice) au loc și s-au întâmplat periodic în Metagalaxie ici și acolo. Universul nu pulsează, pur și simplu fierbe, este infinit și știm foarte puține despre el și înțelegem și mai puțin despre el. Nu există o teorie finală care să explice Universul și procesele care au loc în el și nu va exista niciodată. Teoriile și ipotezele corespund nivelului de dezvoltare a tehnologiei noastre, a științei noastre și a experienței pe care umanitatea a acumulat-o în acest moment. Prin urmare, trebuie să tratăm cât mai atent experiența acumulată și să punem întotdeauna faptele mai presus de teorie. De îndată ce o știință face contrariul, ea încetează imediat să mai fie un sistem informațional deschis și se transformă într-o nouă religie. În știință, principalul lucru este îndoiala, iar în religie este credința.

Bibliografie:

1. Wikipedia. Adresa de acces: http://ru.wikipedia.org/wiki/

2. Agekyan T.A. Stele, Galaxii, Metagalaxie. - M.: Nauka, 1981.

3. Vaucouleurs J. Clasificarea și morfologia galaxiilor // Structura sistemelor stelare. Pe. cu el. - M., 1962.

4. Zeldovich Ya.B. Novikov I.D. Structura și evoluția Universului, - M.: Nauka, 1975.

5. Levcenko I.V. Universul cu multe fețe // Descoperiri și ipoteze, LLC „Intelligence Media”. - 9 septembrie (67), 2007.

6. Novikov I. D., Frolov V. P. Găuri negre în Univers // Progrese în științe fizice. - 2001. - T. 131. Nr. 3.

Postat pe Allbest.ru

Documente similare

    Ipoteza despre originea stelelor și a sistemului solar și evoluția galaxiilor. Teoria formării stelelor din gaz din cauza instabilității gravitaționale. Conceptul de termodinamică a atmosferei terestre și stadiul echilibrului convectiv. Transformarea unei stele într-o pitică albă.

    rezumat, adăugat 31.08.2010

    Definirea conceptului de entropie și principiile creșterii acesteia. Diferențele dintre două tipuri de procese termodinamice - reversibile și ireversibile. Unitatea și diversitatea lumii organice. Structura și evoluția stelelor și a Pământului. Originea și evoluția galaxiilor.

    test, adaugat 17.11.2011

    Formarea principiilor de bază ale teoriei cosmologice - știința structurii și evoluției Universului. Caracteristicile teoriilor despre originea Universului. Teoria Big Bang și evoluția universului. Structura Universului și modelele sale. Esența conceptului de creaționism.

    prezentare, adaugat 11.12.2012

    Revoluție în știința naturii, apariția și dezvoltarea ulterioară a doctrinei structurii atomului. Compoziția, structura și timpul megamondului. Modelul cuarc al hadronilor. Evoluția metagalaxiei, a galaxiilor și a stelelor individuale. Imagine modernă a originii Universului.

    lucrare curs, adaugat 16.07.2011

    Principii de incertitudine, complementaritate, identitate în mecanica cuantică. Modele ale evoluției Universului. Proprietăți și clasificare a particulelor elementare. Evoluția stelelor. Originea, structura sistemului solar. Dezvoltarea ideilor despre natura luminii.

    cheat sheet, adăugată la 15.01.2009

    Structura și evoluția Universului. Ipoteze ale originii și structurii Universului. Starea spațiului înainte de Big Bang. Compoziția chimică a stelelor conform analizei spectrale. Structura unei gigante roșii. Găuri negre, masă ascunsă, quasari și pulsari.

    rezumat, adăugat 20.11.2011

    Conceptul de evoluție ca proces de autodezvoltare și complicare a materiei de la formele sale cele mai simple până la apariția unor formațiuni sociale complexe. Caracteristicile principalelor teorii evolutive. Semne de apropiere de punctul de dezastru. Justificarea teoriei epigenezei.

    prezentare, adaugat 12.01.2014

    Apariția clasei de amfibieni (amfibieni) este un pas major în evoluția vertebratelor. Structura și caracteristicile broaștelor din clasa amfibienilor. Reptile, împărțindu-le în grupuri. Structura șopârlelor și crocodililor. Structura specializată a șerpilor și țestoaselor.

    test, adaugat 24.04.2009

    Studiul modelului evolutiv al lumii animale. Studiul caracteristicilor sistemului nervos de tip difuz, nodal și tulpină. Structura creierului artropodelor. Dezvoltarea coordonării motorii generale la peștii cartilaginoși. Etapele evoluției creierului vertebratelor.

    prezentare, adaugat 18.06.2016

    Conceptul de sisteme deschise introdus de termodinamica neclasică. Teorii, ipoteze și modele ale originii galaxiilor. Ipoteze pentru a explica expansiunea Universului. „Big Bang”: cauzele și cronologia acestuia. Etape și consecințe ale evoluției.

Poetul a întrebat: „Ascultă! La urma urmei, dacă stelele se aprind, înseamnă că cineva are nevoie de el?” Știm că stelele sunt necesare pentru a străluci, iar Soarele nostru oferă energia necesară existenței noastre. De ce sunt necesare galaxiile? Se pare că sunt necesare și galaxii, iar Soarele nu ne oferă doar energie. Observațiile astronomice arată că există un flux continuu de hidrogen din nucleele galaxiilor. Astfel, nucleele galaxiilor sunt fabrici pentru producerea principalului material de construcție al Universului - hidrogenul.

Hidrogenul, al cărui atom este format dintr-un proton în nucleu și un electron pe orbita sa, este cel mai simplu „bloc de construcție” din care se formează atomi mai complecși în adâncurile stelelor în procesul de reacții atomice. Mai mult, se dovedește că nu întâmplător stelele au dimensiuni diferite. Cu cât masa unei stele este mai mare, cu atât atomii mai complecși sunt sintetizați în adâncurile sale.

Soarele nostru, ca o stea obișnuită, produce numai heliu din hidrogen (care este produs de nucleele galaxiilor); stelele foarte masive produc carbon - principalul „bloc” al materiei vii. Pentru asta sunt galaxiile și stelele. Pentru ce este Pământul? Produce toate substanțele necesare pentru existența vieții umane. De ce există omul? Știința nu poate răspunde la această întrebare, dar ne poate face să ne gândim din nou la ea.

Dacă cineva are nevoie de „aprinderea” stelelor, atunci poate cineva are nevoie și de o persoană? Datele științifice ne ajută să ne formulăm o idee despre scopul nostru, sensul vieții noastre. Când răspunzi la aceste întrebări, a te întoarce la evoluția Universului înseamnă a gândi cosmic. Știința naturii ne învață să gândim cosmic, fără a ne desprinde, în același timp, de realitatea existenței noastre.

Problema formării și structurii galaxiilor este următoarea întrebare importantă a originii Universului. Este studiat nu numai de cosmologie ca știință a Universului - un singur întreg, ci și de cosmogonie (greacă „gonea” înseamnă naștere) - un domeniu al științei care studiază originea și dezvoltarea corpurilor cosmice și a sistemelor lor (planetare, se distinge cosmogonia stelară, galactică) .

O galaxie este un grup uriaș de stele și sistemele lor, care au propriul centru (nucleu) și o formă diferită, nu numai sferică, dar adesea spirală, eliptică, aplatizată sau, în general, neregulată. Există miliarde de galaxii și fiecare dintre ele conține miliarde de stele.

Galaxia noastră se numește Calea Lactee și este formată din 150 de miliarde de stele. Este format dintr-un miez și mai multe ramuri spiralate. Dimensiunile sale sunt de 100 de mii de ani lumină. Majoritatea stelelor din galaxia noastră sunt concentrate într-un „disc” gigant, gros de aproximativ 1.500 de ani lumină. Soarele este situat la o distanță de aproximativ 30 de mii de ani lumină de centrul galaxiei.

Cea mai apropiată galaxie de a noastră (până la care raza de lumină parcurge 2 milioane de ani) este „nebuloasa Andromeda”. Este numit astfel pentru că în constelația Andromeda a fost descoperit primul obiect extragalactic în 1917. Apartenența sa la o altă galaxie a fost dovedită în 1923 de E. Hubble, care a găsit stele în acest obiect prin analiză spectrală. Mai târziu, stele au fost descoperite în alte nebuloase.

Și în 1963, au fost descoperite quasari (surse radio cvasi-stelare) - cele mai puternice surse de emisie radio din Univers cu o luminozitate de sute de ori mai mare decât luminozitatea galaxiilor și dimensiuni de zeci de ori mai mici decât acestea. S-a presupus că quasarii reprezintă nucleele noilor galaxii și, prin urmare, procesul de formare a galaxiilor continuă până în zilele noastre.

Astronomie și explorarea spațiului

Stelele sunt studiate de astronomie (din grecescul „astron” - stea și „nomos” - lege) - știința structurii și dezvoltării corpurilor cosmice și a sistemelor lor. Această știință clasică se confruntă cu a doua tinerețe în secolul al XX-lea datorită dezvoltării rapide a tehnologiei de observare - principala sa metodă de cercetare: telescoape reflectorizante, receptoare de radiații (antene) etc. În URSS, în 1974, un reflector cu Oglinda are un diametru de 6 m, colectând lumină de milioane de ori mai mult decât ochiul uman.

Astronomia studiază undele radio, lumina, infraroșul, ultravioletele, razele X și razele gamma. Astronomia este împărțită în mecanică cerească, radioastronomie, astrofizică și alte discipline.

Astrofizica, o parte a astronomiei care studiază fenomenele fizice și chimice care apar în corpurile cerești, sistemele lor și în spațiul cosmic, capătă în prezent o importanță deosebită. Spre deosebire de fizică, care se bazează pe experiment, astrofizica se bazează în primul rând pe observații. Dar, în multe cazuri, condițiile în care se găsește materia în corpurile și sistemele cerești diferă de cele disponibile laboratoarelor moderne (densități ultra-înalte și ultra-scăzute, temperaturi ridicate etc.). Datorită acestui fapt, cercetarea astrofizică duce la descoperirea de noi legi fizice.

Semnificația intrinsecă a astrofizicii este determinată de faptul că, în prezent, atenția principală în cosmologia relativistă este transferată asupra fizicii Universului - starea materiei și procesele fizice care au loc în diferite etape ale expansiunii Universului, inclusiv cele mai timpurii etape.

Una dintre principalele metode ale astrofizicii este analiza spectrală. Dacă treceți un fascicul de lumină albă a soarelui printr-o fantă îngustă și apoi printr-o prismă triunghiulară de sticlă, acesta se descompune în culorile sale componente, iar pe ecran apare o bandă de culoare curcubeu cu o tranziție treptată de la roșu la violet - un spectru continuu. Capătul roșu al spectrului este format din razele care sunt cel mai puțin deviate la trecerea printr-o prismă, capătul violet este cel mai deviat. Fiecare element chimic corespunde unor linii spectrale bine definite, ceea ce face posibilă utilizarea acestei metode pentru studierea substanțelor.

Din păcate, radiațiile cu unde scurte - ultraviolete, razele X și razele gamma - nu trec prin atmosfera Pământului, iar aici știința vine în ajutorul astronomilor, care până de curând era considerat în primul rând tehnic - astronautica (din greacă „nautika” - arta navigației), oferind explorare spațială pentru nevoile omenirii folosind aeronave.

Probleme de studii de cosmonautică: teorii ale zborului spațial - calcule ale traiectoriilor etc.; științific și tehnic - proiectare de rachete spațiale, motoare, sisteme de control la bord, instalații de lansare, stații automate și nave spațiale cu pilot, instrumente științifice, sisteme de control al zborului la sol, servicii de măsurare a traiectoriei, telemetrie, organizare și furnizare de stații orbitale etc. .; medical și biologic - crearea de sisteme de susținere a vieții la bord, compensarea fenomenelor adverse din corpul uman asociate cu supraîncărcare, imponderabilitate, radiații etc.

Istoria astronauticii începe cu calculele teoretice ale ieșirii omului în spațiul nepământesc, care au fost date de K. E. Tsiolkovsky în lucrarea sa „Explorarea spațiilor lumii cu instrumente cu reacție” (1903). Lucrările în domeniul tehnologiei rachetelor au început în URSS în 1921. Primele lansări de rachete cu combustibil lichid au fost efectuate în SUA în 1926.

Principalele repere din istoria astronauticii au fost lansarea primului satelit artificial de pe Pământ pe 4 octombrie 1957, primul zbor uman în spațiu pe 12 aprilie 1961, expediția lunară din 1969, crearea de stații orbitale cu echipaj uman în spații joase. orbita Pământului și lansarea unei nave spațiale reutilizabile.

Lucrarea s-a desfășurat în paralel în URSS și SUA, dar în ultimii ani a avut loc o unificare a eforturilor în domeniul explorării spațiului. În 1995, a fost realizat proiectul comun Mir-Shuttle, în care navele americane Shuttle au fost folosite pentru a livra astronauți la stația orbitală rusă Mir.

Capacitatea de a studia radiația cosmică la stațiile orbitale, care este întârziată de atmosfera Pământului, contribuie la progrese semnificative în domeniul astrofizicii.

Subiectul 5

Structura și evoluția stelelor și planetelor

Structura și evoluția stelelor. Sistemul solar și originea lui. Structura și evoluția Pământului

Structura și evoluția stelelor

Există două concepte principale despre originea corpurilor cerești. Primul se bazează pe modelul nebular al formării sistemului solar, propus de fizicianul și matematicianul francez Pierre Laplace și dezvoltat de filozoful german Immanuel Kant. În conformitate cu aceasta, stelele și planetele s-au format din materie difuză împrăștiată (praf cosmic) prin compresia treptată a nebuloasei originale.

Acceptarea modelului Big Bang și a Universului în expansiune a influențat semnificativ modelele de formare a corpurilor cerești și a condus la ipoteza lui Victor Ambartsumyan despre apariția galaxiilor, a stelelor și a sistemelor planetare din prestelar supradens (format din cele mai grele particule elementare - hiperoni). materie situată în nucleele galaxiilor, prin fragmentarea acesteia.

Interpretarea corpurilor cerești este determinată de care dintre cele două ipoteze este considerată adevărată. Descoperirea lui V. Ambartsumyan a asociațiilor stelare constând din stele foarte tinere care încearcă să scape unele de altele a fost înțeleasă de el ca o confirmare a ipotezei formării stelelor din materia superdensă originală. Care dintre cele două concepte este mai aproape de adevăr va decide dezvoltarea ulterioară a științei naturii.

Modelul universului în expansiune a întâmpinat mai multe dificultăți care au contribuit la progresul astronomiei. Împrăștiate după Big Bang dintr-un punct cu o densitate infinit de mare, aglomerările de materie ar trebui să încetinească ușor unele pe altele prin forțe de atracție reciprocă, iar viteza lor ar trebui să scadă. Dar întreaga masă a Universului nu este suficientă pentru a decelera. Din această obiecție s-a născut în 1939 o ipoteză despre prezența în Univers a așa-numitelor „găuri negre”, care nu pot fi văzute, dar care stochează 9/10 din masa Universului (adică atât cât lipsește). ).

Ce sunt „găurile negre”? Dacă o anumită masă a unei substanțe ajunge într-un volum relativ mic, critic pentru o anumită masă, atunci sub influența propriei gravitații, o astfel de substanță începe să se comprime în mod necontrolat. Are loc colapsul gravitațional. Ca urmare a compresiei, concentrația de masă crește și vine un moment în care forța gravitațională la suprafață devine atât de mare încât pentru a o depăși ar fi necesar să se dezvolte o viteză mai mare decât viteza luminii. Prin urmare, „gaura neagră” nu lasă nimic afară și nu reflectă nimic și, prin urmare, nu poate fi detectată. Într-o „gaură neagră”, spațiul se îndoaie și timpul încetinește. Dacă compresia continuă mai departe, atunci la un moment dat încep reacțiile nucleare neamortizate. Compresia se oprește, apoi are loc o explozie anti-colaps, iar „gaura neagră” se transformă într-o „gaura albă”. Se presupune că „găurile negre” sunt situate în nucleele galaxiilor, fiind o sursă super-puternică de energie.

Toate corpurile cerești pot fi împărțite în cele care emit energie - stele, și cele care nu emit energie - planete, comete, meteoriți, praf cosmic. Energia stelelor este generată în adâncurile lor prin procese nucleare la temperaturi care ajung la zeci de milioane de grade, care este însoțită de eliberarea de particule speciale cu o putere de penetrare enormă - neutrini.

Stelele sunt fabrici pentru producerea de elemente chimice și surse de lumină și viață. Acest lucru rezolvă mai multe probleme simultan. Stelele se deplasează în jurul centrului galaxiei pe orbite complexe. Pot exista stele ale căror luminozitate și spectru se schimbă - stele variabile (Tau Ceti) și stele nestaționare (tinere), precum și asociații stelare a căror vârstă nu depășește 10 milioane de ani. Poate că din ele se formează supernove, în timpul izbucnirilor cărora se eliberează o cantitate imensă de energie de origine non-termică și se formează nebuloase (clusters de gaze).

Există stele foarte mari - giganți și supergiganți roșii, și stele neutronice, a căror masă este apropiată de masa Soarelui, dar raza este de 1/50000 din cea solară (10-20 km); se numesc asa deoarece constau dintr-un grup imens de neutroni).

În 1967, au fost descoperiți pulsari - surse cosmice de radiații radio, optice, raze X și gamma care vin pe Pământ sub forma unor explozii care se repetă periodic. Pulsarii radio (stelele neutronice care se rotesc rapid) au perioade de puls de 0,03-4 secunde; pulsarii cu raze X (stelele duble în care materia dintr-o secundă, stea obișnuită curge către steaua neutronică) au perioade de câteva secunde sau mai mult.

Corpurile cerești interesante cărora li s-a atribuit adesea o semnificație supranaturală includ cometele. Sub influența radiației solare, gazele sunt eliberate din nucleul cometei, formând capul extins al cometei. Expunerea la radiația solară și vântul solar determină formarea unei cozi, ajungând uneori la milioane de kilometri lungime. Gazele eliberate scapă în spațiul cosmic, drept urmare cometa își pierde o parte semnificativă din masă de fiecare dată când se apropie de Soare. În acest sens, cometele trăiesc o viață relativ scurtă (milenii și secole).

Cerul pare doar calm. Catastrofele au loc constant în ea și se nasc stele noi și supernove, în timpul izbucnirilor cărora luminozitatea stelei crește de sute de mii de ori. Aceste explozii caracterizează pulsul galactic.

La sfârșitul ciclului evolutiv, când tot combustibilul cu hidrogen este epuizat, steaua se contractă la o densitate infinită (masa rămâne aceeași). O stea obișnuită se transformă într-o „pitică albă” - o stea cu o temperatură de suprafață relativ ridicată (de la 7000 la 30000 ° C) și luminozitate scăzută, de multe ori mai mică decât luminozitatea Soarelui.

Se presupune că una dintre etapele evoluției stelelor neutronice este formarea unei noi și supernove, atunci când aceasta crește în volum, își pierde învelișul gazos și eliberează energie în câteva zile, strălucind ca miliarde de sori. Apoi, după ce își epuizează resursele, steaua se estompează, iar o nebuloasă de gaz rămâne în locul erupției.

Dacă steaua avea dimensiuni super-mari, atunci la sfârșitul evoluției sale particulele și razele, care abia au părăsit suprafața, cad imediat înapoi din cauza forțelor gravitaționale, adică se formează o „gaura neagră”, care apoi se transformă într-o „ gaură albă”.

Procesul de evoluție a stelelor este prezentat în diagramă.

Într-o noapte senină, puteți urmări dâra Calea Lactee pe cer. Timp de mii de ani, astronomii l-au privit cu uimire, ajungând încet la realizarea că Soarele nostru este doar una dintre miliardele de stele din galaxie. De-a lungul timpului, instrumentele și tehnicile noastre s-au îmbunătățit și am ajuns să înțelegem că Calea Lactee în sine este doar una dintre miliardele de galaxii care alcătuiesc Universul.

Datorită teoriei relativității și descoperirii vitezei luminii, ne-am dat seama și că atunci când privim prin spațiu, privim înapoi în timp. Văzând un obiect la un miliard de ani lumină distanță, știm că așa arăta acum un miliard de ani. Efectul de mașină a timpului a permis astronomilor să studieze evoluția galaxiilor.

Procesul de formare și dezvoltare a galaxiilor rămâne subiectul unei atenții intense și încă își ascunde partea de mistere.

Formarea galaxiilor

Consensul științific actual este că toată materia din univers a fost creată cu aproximativ 13,8 miliarde de ani în urmă, în timpul unui eveniment cunoscut sub numele de Big Bang. Inițial, toată materia a fost comprimată într-o minge foarte mică de densitate infinită și temperatură enormă, numită singularitate. Deodată singularitatea a început să se extindă. Așa a început Universul.

După expansiune și răcire rapidă, toată materia a fost distribuită aproape uniform. Pe parcursul a câteva miliarde de ani, regiunile mai dense ale Universului au început să se atragă gravitațional unele pe altele. Prin urmare, au devenit mai dense, formând nori de gaz și aglomerări mari de materie.

Galaxia spirală Messier 74, situată la 32 de milioane de ani lumină distanță, conține aproximativ 100 de miliarde de stele. Credit: NASA, ESA și Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration

Norii de hidrogen gazos din interiorul protogalaxiilor au suferit colaps gravitațional pentru a deveni primele stele. Unele dintre aceste obiecte timpurii au fost mici galaxii pitice, în timp ce altele au luat forma familiară de spirală, cum ar fi Calea Lactee.

Fuziuni galactice

Odată formate, aceste galaxii au evoluat în structuri galactice mai mari numite grupuri, clustere și superclustere. De-a lungul timpului, galaxiile au fost atrase unele de altele de gravitație și s-au unit. Rezultatul acestor fuziuni depindea de masa galaxiilor care se ciocnesc.

Galaxiile mici sunt absorbite de vecinii mari, crescându-le masa. Deci, Calea Lactee a înghițit recent mai multe galaxii pitice, transformându-le în fluxuri de stele care orbitează nucleul galactic. Dar galaxiile de dimensiuni similare se combină pentru a deveni galaxii eliptice gigantice.

Când se întâmplă acest lucru, structurile spiralate fine dispar. Galaxiile eliptice sunt printre cele mai mari asociații stelare. O altă consecință a acestor fuziuni este că găurile negre supermasive din centrele lor devin și mai mari.

O coliziune a două galaxii spirale, care, dacă nu creează o galaxie eliptică uriașă, va schimba cu siguranță structurile lor subțiri. Credit: ESA/Hubble & NASA, Mulțumiri: Luca Limatola

Deși nu toate fuziunile au ca rezultat structuri eliptice, toate schimbă semnificativ structura galaxiei îmbinate.

În timpul fuziunilor, coliziunile reale între sistemele stelare sunt puțin probabile, având în vedere distanțele mari dintre stele. Cu toate acestea, fuziunea poate duce la unde de șoc gravitaționale care pot declanșa formarea de noi stele. Acesta este ceea ce se prevede că se va întâmpla atunci când Calea Lactee se va fuziona cu Galaxia Andromeda în 4 miliarde de ani.

Moartea galaxiilor

În cele din urmă, galaxiile încetează să formeze stele atunci când rezerva lor de gaz rece și praf se epuizează. Formarea stelelor încetinește de-a lungul a miliarde de ani până când se oprește complet. Cu toate acestea, fuziunile în desfășurare asigură că tot mai multe stele, gaze și praf se instalează în vechile galaxii, prelungindu-le astfel viața.

În prezent se crede că galaxia noastră are aproape o cantitate completă de hidrogen, iar formarea stelelor va continua pe măsură ce se epuizează. Stele precum Soarele pot rezista aproximativ 10 miliarde de ani, dar cele mai mici pitice roșii pot trăi câteva trilioane de ani. Datorită prezenței galaxiilor pitice și fuziunii viitoare cu Andromeda, Calea Lactee ar putea exista și mai mult timp.

Ca rezultat, toate galaxiile din Univers devin în cele din urmă legate gravitațional unele de altele și se unesc în galaxii eliptice gigantice. Astronomii au întâlnit „fosile” similare, dintre care un bun exemplu este Messier 49, o galaxie eliptică supermasivă.

Galaxia eliptică Messier 49. Credit: Siggi Kohlert

Aceste galaxii și-au epuizat deja toate rezervele de gaz pentru formarea stelelor și tot ce le-au rămas sunt stele mici, cu viață lungă. În cele din urmă, stelele se vor stinge una câte una.

După ce Galaxia noastră va fuziona cu Andromeda, va continua pe drumul său de a fuziona cu toate celelalte galaxii din apropiere din Grupul Local. Ne putem aștepta ca această supergalaxie să sufere aceeași soartă. Astfel, evoluția galaxiilor are loc pe parcursul a miliarde de ani și va continua în viitorul apropiat.

Galaxii– sisteme gigantice legate gravitațional de stele și grupuri de stele, gaz și praf interstelar și materie întunecată. În spațiu, galaxiile sunt distribuite neuniform: într-o zonă puteți detecta un întreg grup de galaxii din apropiere, sau este posibil să nu detectați o singură galaxie, chiar și cea mai mică. Numărul exact de galaxii din universul observabil este necunoscut, dar este probabil să fie de ordinul a o sută de miliarde.

Prima condiție Apariția galaxiilor în Univers a fost apariția unor clustere aleatorii și concentrații de materie într-un Univers omogen. Pentru prima dată o astfel de idee a fost exprimată de I. Newton, care a susținut că dacă materia ar fi împrăștiată uniform în spațiul infinit, ea nu s-ar fi adunat niciodată într-o singură masă.

A doua condiție apariția galaxiilor - prezența unor mici perturbări, fluctuații ale materiei care conduc la o abatere de la omogenitatea și izotropia spațiului. Tocmai fluctuațiile au devenit „semințele” care au dus la apariția unor compactări mai mari de materie. Aceste procese pot fi reprezentate prin analogie cu procesele de formare a norilor din atmosfera Pământului.

CARACTERISTICI GENERALE ALE GALAXIILOR(DIMENSIUNE, LUMINITATE, MASĂ, COMPOZIȚIE)

Mărimea. Conceptul de dimensiune nu este strict definit, deoarece... galaxiile nu au granițe ascuțite; luminozitatea lor scade treptat odată cu distanța de la centru spre exterior. Dimensiunea aparentă a galaxiilor depinde de capacitatea telescopului de a-și evidenția regiunile exterioare cu luminozitate scăzută împotriva strălucirii cerului nopții, care nu este niciodată complet negru. Părțile periferice ale galaxiilor „se îneacă” în lumina sa slabă. Pentru a estima în mod obiectiv dimensiunea galaxiilor, un anumit nivel de luminozitate a suprafeței sau, după cum se spune, un anumit izofot (acesta este numele liniei de-a lungul căreia luminozitatea suprafeței are o valoare constantă) este luat în mod convențional drept graniță.

Luminozitatea galaxiilor(adică puterea totală de radiație) variază în limite chiar mai mari decât dimensiunea lor - de la câteva milioane de luminozități solare (Lc) pentru cele mai mici galaxii la câteva sute de miliarde de Lc pentru galaxiile gigantice. Această valoare corespunde aproximativ cu numărul total de stele din galaxie sau cu masa totală a acesteia.

Masele galactice, precum și luminozitățile lor, pot diferi și cu câteva ordine de mărime - de la un milion de mase solare la o mie de miliarde de mase solare în unele galaxii eliptice.

Compoziție și structură. Componentele Galaxiei sunt stelele, gazul rarefiat, praful (acesta este mediul interstelar) și razele cosmice. Galaxiile sunt, în primul rând, sisteme stelare. Spațial, stelele formează două componente structurale principale ale galaxiei, ca și cum ar fi cuibărite una în cealaltă: disc stea care se rotește rapid, Și componentă sferică (sau sferoidă) care se rotește încet. Se numește partea interioară, cea mai strălucitoare a componentei sferodale umflătură(din limba engleză umflare - umflare), iar partea exterioară a luminozității scăzute - aureola de stele. În centrul majorității galaxiilor există o regiune strălucitoare numită miez.În partea centrală a galaxiilor masive, un mic și se rotește rapid disc perinuclear care se compune și din stele și gaz. Un număr mare de stele, strâns interconectate prin gravitație, se învârt în jurul centrului galactic ca un satelit - acesta este - cluster stelar globular. Pe lângă grupurile de stele globulare distinge grupurile deschise de stele. Spre deosebire de clusterele de stele deschise, care sunt situate în discul galactic, clusterele globulare sunt situate în halou; sunt mult mai vechi, conțin mult mai multe stele, au o formă sferică simetrică și se caracterizează printr-o creștere a concentrației de stele spre centrul clusterului. Observațiile clusterelor globulare indică faptul că acestea apar în principal în regiuni cu formare eficientă de stele, adică acolo unde mediul interstelar este mai dens decât regiunile normale de formare a stelelor.

Stelele din clustere deschise sunt legate între ele de forțe gravitaționale relativ slabe, astfel încât, pe măsură ce orbitează în jurul centrului galactic, clusterele pot fi distruse trecând aproape de alte clustere sau nori de gaz, caz în care stelele care le formează devin parte a normalului. populația galaxiei. Grupurile de stele deschise se găsesc numai în galaxiile spirale și neregulate, unde au loc procese active de formare a stelelor.

Pe lângă stele cu mase, compoziții chimice și vârste diferite, fiecare galaxie conține o rară rarefiată și ușor magnetizată. mediu interstelar (gaz și praf), pătruns de particule de înaltă energie (razele cosmice). Masa relativă atribuită mediului interstelar este, de asemenea, una dintre cele mai importante caracteristici observabile ale galaxiilor. Masa totală a materiei interstelare variază foarte mult de la o galaxie la alta și de obicei variază de la câteva zecimi de procente până la 50% din masa totală a stelelor (în cazuri rare, gazul poate chiar predomina în masă peste stele). Conţinut gazîntr-o galaxie - aceasta este o caracteristică foarte importantă, de care depinde în mare măsură activitatea proceselor care au loc în galaxii și, mai ales, procesul de formare a stelelor. Gazul interstelar este format în principal din hidrogen și heliu cu un mic amestec de elemente mai grele. Aceste elemente grele se formează în stele și, împreună cu gazul pierdut de stele, ajung în spațiul interstelar.

Mediul gazos al spațiului interstelar conține, de asemenea, o componentă solidă fin dispersată - praf interstelar. Ea se manifestă în două moduri. În primul rând, praful absoarbe lumina vizibilă și ultravioletă, provocând o estompare generală și înroșire a galaxiei. Cele mai opace (din cauza prafului) zone ale galaxiei sunt vizibile ca zone întunecate pe un fundal luminos și luminos. Există mai ales multe regiuni opace lângă planul discului stelar - aici este concentrat mediul interstelar rece. În al doilea rând, praful în sine radiază, eliberând energia luminoasă acumulată sub formă de radiație infraroșie îndepărtată.Masa totală a prafului este relativ mică: este de câteva sute de ori mai mică decât masa totală a gazului interstelar.

Galaxiile sunt foarte diverse: printre ele se pot distinge galaxii sferice eliptice, galaxii cu disc spirală, galaxii barate, lenticulare, pitice, neregulate etc. Varietatea formelor observate ale galaxiilor i-a determinat pe astronomi să dorească să combine obiecte similare și să împartă galaxiile în serii. clase după aspectul lor (după morfologie). Clasificarea morfologică cea mai frecvent utilizată a galaxiilor se bazează pe schema propusă de E. Hubble în 1925 și dezvoltată de acesta în 1936. Galaxiile sunt împărțite în mai multe clase principale: eliptică (E), spirală (S), lenticulară (S0) și neregulată (Irr).

E-galaxii eliptice Arata ca pete eliptice sau ovale, nu prea alungite, a caror luminozitate in interior scade treptat cu distanta fata de centru. De obicei, nu există nicio structură internă (nu există un disc vizibil în ele, deși măsurătorile fotometrice precise în unele cazuri permit să bănuiești existența acesteia. Urme de praf sau gaze sunt, de asemenea, rareori găsite în ele)

Galaxiile spirale (S) este cel mai frecvent tip (aproximativ jumătate dintre ele). Reprezentanții tipici sunt galaxia noastră și nebuloasa Andromeda. Spre deosebire de galaxiile eliptice, ele prezintă o structură sub formă de ramuri spiralate caracteristice. În ciuda varietății de forme, galaxiile spirale au o structură similară. În ele se observă trei componente principale: un disc stelar, o componentă sferoidă, o regiune interioară strălucitoare numită umflătură și o componentă plată, care este de câteva ori mai mică ca grosime decât discul. Componenta plată include gaz interstelar, praf, stele tinere și brațe spiralate. Galaxia noastră are o structură similară.

Între tipurile E și S există un tip galaxii lenticulare (S0). La fel ca galaxiile S, ele au un disc stelar și o umflătură, dar nu au brațe spiralate. Se crede că acestea sunt galaxii care în trecutul îndepărtat erau în spirală, dar acum au „pierdut” sau consumat aproape complet gazul interstelar și, odată cu acesta, capacitatea de a forma ramuri spiralate strălucitoare. Orice galaxie spirală, dacă este lipsită de gaz și de stelele tinere, va fi clasificată drept lenticulară.

Galaxii Irr neregulate nu au o structură ordonată, nu au ramuri spiralate, deși conțin regiuni luminoase de diferite dimensiuni (de regulă, acestea sunt regiuni de formare intensă a stelelor). Bulbul din aceste galaxii este foarte mic sau complet absent. Aceste galaxii tind să fie bogate în gaze interstelare și stele tinere.

Unele galaxii au un nucleu neobișnuit de strălucitor. Galaxiile cu nuclei activi sunt de obicei împărțite în mai multe tipuri. Există galaxii Seyfert, galaxii radio, quasari C Galaxiile Heifert sunt numiteîn onoarea astronomului american Carl Seyfert, care le-a observat pentru prima dată în 1943. În unele cazuri, nucleele galaxiilor Seyfert sunt de 100 de miliarde de ori mai strălucitoare decât Soarele. S.g. - acestea sunt, de regulă, galaxii spirale. Cea mai probabilă ipoteză pentru a explica activitatea nucleelor ​​presupune prezența unei găuri negre (cu o masă de zeci sau sute de milioane de mase solare) în centrul galaxiei.

Cele mai neobișnuite dintre toate sunt obiectele numite quasari. Termenul englezesc quasar înseamnă literal „sursă radio asemănătoare stelelor”) - un nucleu galactic activ puternic și îndepărtat. Ele emit dintr-o zonă cu un diametru mai mic de 1 lumină. ani, aceeași cantitate de energie ca ar fi emisă de sute de galaxii normale. În ciuda naturii lor neobișnuite, quasarii nu sunt impresionanți vizual, așa că au fost observați abia după 1963.

Astăzi, cel mai comun punct de vedere este că un quasar este o gaură neagră supermasivă care aspiră materia înconjurătoare. Pe măsură ce particulele încărcate se apropie de o gaură neagră, ele accelerează și se ciocnesc, rezultând o emisie intensă de lumină. Dintr-un alt punct de vedere, quasarii sunt primele galaxii tinere, iar noi pur și simplu observăm procesul nașterii lor. Cu toate acestea, există și un intermediar, deși ar fi mai corect să spunem o versiune „unită” a ipotezei, conform căreia un quasar este o gaură neagră care absoarbe materia unei galaxii în formare.

O galaxie radio este un tip de galaxie care are emisii radio mult mai mari în comparație cu alte galaxii. Sursele de radiații ale galaxiilor radio constau de obicei din mai multe componente (nucleu, halo, emisii radio). Galaxiile radio au, de obicei, forma unor elipse și au dimensiuni gigantice.

Câteva procente din galaxiile observate nu se încadrează în schema de clasificare descrisă; ele sunt numite Peculiar. De obicei, acestea sunt galaxii a căror formă este distorsionată de interacțiunile puternice cu galaxiile învecinate (astfel de galaxii sunt numite interacționând. Nu există o definiție clară pentru acest termen, iar atribuirea galaxiilor acestui tip poate fi contestată. Uneori, clasificarea unei galaxii ca tip deosebit a fost contestată. Deci, de exemplu, B.A. Vorontsov-Velyaminov credea că galaxiile care interacționează nu sunt deosebite, deoarece modificările vizibile ale formei lor sunt cauzate de tulburările vecinilor apropiați. Cu toate acestea, printre sistemele care interacționează există obiecte cu forme atât de bizare, încât este dificil să nu le numim ciudate.

Un exemplu clasic de galaxie deosebită este galaxia radio Centaurus A (NGC 5128).

Într-un grup separat sunt alocate galaxii pitice- de dimensiuni mici, a cărei luminozitate este de mii de ori mai mică decât cea a galaxiilor precum a noastră sau a nebuloasei Andromeda. Sunt cea mai numeroasă clasă de galaxii, dar luminozitatea lor scăzută le face dificil de detectat la distanțe mari. Printre acestea se numără și eliptice dE, spirale dS (foarte rare) și neregulate (dIrr). Litera d (din engleză pitic - pitic) denotă apartenența la sistemele pitice.

Evoluția galaxiilor

Diversitatea observată a galaxiilor este o consecință a diferitelor condiții în care au apărut. Analiza spectrelor și a compoziției stelare a galaxiilor a arătat că marea majoritate a acestora sunt foarte vechi și s-au format acum 10-15 miliarde de ani. Conform conceptelor moderne, formarea galaxiilor a început în era timpurie a expansiunii Universului, când densitatea medie a materiei din Univers era de sute de ori mai mare decât în ​​prezent. Galaxiile au apărut din norii de hidrogen-heliu care se prăbușeau sub influența propriei gravitații. La un anumit stadiu de compresie, în protogalaxii a început formarea intensă a stelelor. Stele masive, care evoluează rapid și explodează ca supernove, au ejectat gaz îmbogățit cu diferite elemente chimice rezultate din explozie în spațiul înconjurător.

Formarea unui disc în galaxii este asociată cu disipare(Disiparea energiei este tranziția unei părți din energia proceselor ordonate (energia cinetică a unui corp în mișcare, energia curentului electric etc.) în energia proceselor dezordonate, în cele din urmă în căldură.) energia gazoasă într-o protogalaxie în contracție. Deținând un anumit cuplu, gazul, pierzându-și energia mecanică, a fost comprimat într-un disc, care, ca urmare a formării stelelor din gaz, a devenit treptat un disc stelar.

Un rol major în evoluția galaxiilor l-a jucat absorbția sistemelor mai mici de către galaxiile mari, care au fost distruse de forțele mareelor ​​și au reumplut masa galaxiilor formate.

CLUSTE ŞI SUPERCLUSTE

Fotografiile galaxiilor arată că există puține galaxii cu adevărat singuratice. Aproximativ 95% din galaxii se formează grupuri de galaxii.. Ele sunt adesea dominate de o galaxie eliptică sau spirală masivă, care, din cauza forțelor mareelor, distruge galaxiile satelit în timp și își mărește masa, consumându-le.

Cluster de galaxii sunt numite asociații de câteva sute de galaxii, care pot conține atât galaxii individuale, cât și grupuri de galaxii. De obicei, atunci când sunt observate la această scară, pot fi identificate mai multe galaxii eliptice supermasive foarte luminoase. Astfel de galaxii ar trebui să influențeze direct procesul de formare și formare a structurii clusterului.

Supercluster- cel mai mare tip de asociație de galaxii, include mii de galaxii. La scara superclusterelor, galaxiile se aranjează în benzi și filamente care înconjoară goluri vaste și tenue. Forma unor astfel de grupuri poate varia: de la un lanț, cum ar fi lanțul Markarian, la pereți, precum marele zid al lui Sloan.

Grup local de galaxii. Calea Lactee

Grupul Local de galaxii este o colecție de galaxii din apropiere, ale căror distanțe nu depășesc aproximativ 1 milion pc (aproximativ 3 milioane de ani lumină). Este format din două grupuri mari și galaxii pitice împrăștiate printre ele - aproximativ 30 de membri în total. Unul dintre grupuri este dominat de galaxia noastră cu norii Magellanic din apropiere ca mărime, masă și intensitate luminii. Într-un alt grup, locul principal este ocupat de o galaxie spirală (nebuloasa Andromeda), care este și mai puternică. Este adiacent unei galaxii spirale mai mici - M 33 din Triangulum, două galaxii eliptice mici și mai multe galaxii pitice. Galaxiile incluse în M. g. g., datorită apropierii lor de noi, sunt accesibile celui mai detaliat studiu.

Membrii Grupului Local se deplasează unul față de celălalt, dar sunt conectați prin gravitație reciprocă și, prin urmare, ocupă un spațiu limitat de aproximativ 6 milioane de ani lumină pentru o lungă perioadă de timp și există separat de alte grupuri similare de galaxii. Se crede că toți membrii Grupului Local au o origine comună și coevoluează de aproximativ 13 miliarde de ani.

Galaxia noastră - Calea Lactee - are forma unui disc cu o umflătură în centru - miezul, din care se extind brațele spiralate. Grosimea sa este de 1,5 mii de ani lumină, iar diametrul său este de 100 de mii de ani lumină. Vârsta galaxiei noastre este de aproximativ 15 miliarde de ani. Se rotește într-un mod destul de complex: o parte semnificativă a materiei sale galactice se rotește diferențial, așa cum planetele se rotesc în jurul Soarelui, fără a acorda atenție orbitelor în care se mișcă alte corpuri cosmice, destul de îndepărtate, iar viteza de rotație a acestor corpuri scade. cu creșterea distanței lor față de centru. O altă parte a discului galaxiei noastre se rotește solid, ca un disc muzical care se învârte pe un recorder. Soarele nostru este situat într-o regiune a galaxiei în care vitezele de rotație în stare solidă și diferențială sunt egale. Un astfel de loc se numește cerc de corotație. Creează condiții speciale, calme și staționare pentru procesele de formare a stelelor.

Galaxia noastră are două mici galaxii satelit numite Nori Magellanic. Există nori Magellanic Mari și Mici. Acestea sunt zone bogate de observare cu instrumente de toate dimensiunile și sunt vizibile cu ochiul liber în emisfera sudică. Norii Magellanic erau familiari marinarilor din emisfera sudică și au fost numiți „Norii Capului” în secolul al XV-lea. Ferdinand Magellan le-a folosit pentru navigație, ca alternativă la Steaua Polară, în timpul călătoriei sale în jurul lumii din 1519-1521. Când, după moartea lui Magellan, nava sa s-a întors în Europa, Antonio Pigafetta (tovarășul lui Magellan și cronicarul oficial al călătoriei) a propus să numească Norii Capului Norii lui Magellan ca un fel de perpetuare a memoriei sale.

Ambii nori au fost considerați anterior galaxii neregulate, dar ulterior au descoperit caracteristici structurale ale galaxiilor spirale barate. Sunt situate relativ aproape unul de celălalt și formează un sistem (dublu) legat gravitațional. Ambii nori Magellanic sunt scufundați într-o înveliș comună de hidrogen neutru. În plus, ele sunt conectate între ele printr-o punte de hidrogen

Există o mulțime de grupuri de stele în Norii Magellanic. Oamenii de știință au înregistrat 1.100 de clustere deschise în Norul Mare și mai mult de 100 în Norul Mic. 35 de clustere globulare au fost descoperite în Norul Mare și 5 în Norul Mic. Au fost descoperite clustere globulare în Norii Magellanic, care nu se găsesc în Galaxia noastră. Conțin mulți giganți albaștri și albi. De aceea sunt albi. Grupurile globulare obișnuite sunt formate din giganți roșii, deci culoarea lor este galben-portocalie.

1). O stea ca obiect de studiu în astrofizică.

2). Clasificarea stelelor.

3). Nașterea și evoluția stelelor.