Нашата галактика – млечния път идеята за островната вселена



Дата24.06.2017
Размер260.34 Kb.
НАРОДНА АСТРОНОМИЧЕСКА ОБСЕРВАТОРИЯ

“Юрий Гагарин”

Стара Загора
КУРС ПО ОБЩА АСТРОНОМИЯ ЗА АСТРОНОМИ-ЛЮБИТЕЛИ

Надя Кискинова



НАШАТА ГАЛАКТИКА – МЛЕЧНИЯ ПЪТ
ИДЕЯТА ЗА ОСТРОВНАТА ВСЕЛЕНА

Легенди за Млечния път

    • Древногръцка

Една от версиите за Млечния път в древногръцката митология гласи следното:

В деня на раждането на Херкулес, Зевс, зарадван, че най-красивата смъртна жена Алкмена му родила син, предопределил той да стане най-прославеният герой на Гърция. За да придобие синът му Херкулес божествена сила и да бъде непобедим, Зевс заповядал на пратека на боговете Хермес да занесе Херкулес на божествената му съпруга Хера, за да бъде закърмен от нейното мляко.

Ревнивата Хера мразела Херкулес още преди да се роди. Затова, когато веднъж тя спяла под една отрупана с цвят магнолия, Хермес оставил на гърдите й малкия Херкулес .Жадно засмукало бебето, но…богинята се събудила и го отблъснала, а божественото й мляко се разляло по цялото небе.

Млечният път е нашата Галактика. Думата Галактика е от гръцки произход и означава мляко.




    • Българска

Нашият народ нарича Млечния път Кумова слама или просто Сламата. Наименованието идва от нашенско предание за:

Един сиромах, чиято слама за воловете свършила насред люта зима. Една нощ той се промъкнал в двора на богатия си кръстник и откраднал храна за добитъка. Но сламата от скъсаната торба на бедняка се посипала по земята.

Когато на другия ден кръстникът тръгнал по пътеката от слама, тя го завела при бедния човек. Кръстникът го упрекнал, че сам би му дал храната за животните стига да му е поискана. Тръгнал си той огорчен и изрекъл:

- Нека тая крадена слама се запали и никога да не гасне, за да се знае и помни, че от кръстник не трябва да се краде…



    • на бушмените

Живяла някога девойка. Веднъж взела тя шепа пепел от огъня и я хвърлила нагоре. Пепелта се разсипала по небето и оттогава е там като белезникава ивица.



Първи телескопични наблюдения на Галилей

Разгадана е същността на Млечния път – множество слаби и близки една до друга звезди.


Идеята на Сведенборг за всеобщност на принципите в природата

Шведският учен, философ и теолог от края на ХVІІ - началото на ХVІІ век, Сведенборг, занимайки се с изследване на магнитните явления, считал, че както се подреждат най-дребните частици около магнит, така и звездите трябва да имат някаква подредба в пространството и наличието на Млечния път подсказва това.

Макар доста мъглява, това е първата идея, която придава значение на Млечния път като реално съществуваща система за групиране на звездите.
Томас Райт и идеята за островната вселена

За първи път през първата половина на ХVІІІ век в космологичните възгледи на философа Томас Райт е изказана идеята че Вселената се състои от множество струпвания на звезди по повърхността на нещо като вселенски мехури. Макар, че погрешно е обяснявал наличието на Млечния път с проекцията, под който го вижда земния наблюдател, това е първата представа противопоставяща се на Вселена, равномерно запълнена със звезди. Също като Кеплер и Райт си представял, че звездите са разположени в тънък сферичен слой, а зрителният ни лъч е по допирателната към него и затова струпването на звезди се проектира като белезникава ивица.





Йохан Ламберт по същото време дава най-пълната и свързана с наблюдения от своето време концепция за островната йерархия на Вселената, разглеждайки системи от различен порядък:

  • Планета със спътниците й;

  • Слънцето и планетите от Слънчевата система;

  • Млечния път и подобните на него системи от звезди и т.н.

Нещо повече – всички тези системи са в непрекъснато движение – всяка около свой център на тежестта и всички около общ център на Вселената.

Галактиката на Хершел

Въпреки че и в края на ХVІІІ век продължавала да господства представата за равномерно разпределените по цялата Вселена звезди, верен на наблюдателните резултати и интуицията си, Уилям Хершел се опитал да погледне как изглежда нашия звезден остров.

Хершел предприел броене на звездите в различни места на небето, прилагайки т.н. метод на черпака. За “черпак” служело зрителното поле на 46-см рефлектор на Хершел, което е около четвърт от пълния лунен диск или 15´4´´. Рефректорът достигал звезди до 14,5 зв. в Трудът бил огромен. Хершел не го пестял и в резултат на повече от 3 000 такива “загребвания” и преброявания на звездите до пределната звездна величина, установил наличието на галактична концентрация и достатъчно точно определил сплескаността й от порядъка на 1/5.

Галактиката според Хершел е с доста различна от сегашните представи форма и това се дължи на опростените допущания, които направил авторът й:



  • че няма междузвездно пъглъщане, макар, че именно Хершел изучава голям брой мъглявини;

  • че звездите са равномерно разпределени и

  • че всички звезди са с еднаква светимост.

Резултатите от преброяването обаче показвали, че броят на звездите от еднакви площи небе рязко намалява с отдалечаване от галактичната равнина, което говори за концентрация и сплесканост на звездната система, а фактът че южното небе е по-богато на звезди от северното говорел, че мястото на Слънцето не е в самата галактична равнина, а малко извън /над/ нея – към северния небесен полюс. Оценките за сплескаността на галактиката и мястото на Слънцето малко над галактичната равнина са верни. В модела на Хершел очабе било отредено централно място на Слънцето в Галактиката.

Галактиката на Хершел имала размери 1 800 х 340 парсека.


Всъщност, много е трудно, когато някой наблюдава разположението на околните сгради единствено от собствения си прозорец да прецени големината, формата на селището и собственото си местоположение в него.



Други опити да се определят формата и размерите на Галактиката в края на спора за островната Вселена

Правейки почти същите допускания като Хершел през 1920 г. Зеелигер стига до извода, че формата на Галактиката е сферична, Слънцето е в центъра й, а броят на звездите намалява с отдалечаване от центъра.

Размерите на Галактиката според Зеелигер са с порядък повече - 14 400 х 3 300 парсека.



През 1922 г. Каптейн получава, че формата на Галактиката е елипсовидна с диаметър 16 Кпс и сплесканост, каквато е определил и Хершел – 1/5. Слънцето е почти в центъра – само на 650 пс от него.

Няколко години по-рано, през 1915-18 г. Шепли изследва пространственото разпределение на 69 кълбовидни купа и намира, че Слънцето е далеч от центъра на галактичната система – на поне 12 Кпс разстояние от него. Още в началото на ХІХ век синът на Уилям – Джон Хершел обръща внимание, че броят на кълбовидните звездни купове нараства към предполагаемия център на Галактиката, а в началото на ХХ век Хершпрунг определя, че този център трябва да е към съзвездието Стрелец. Именно тук са 1/3 от всички наблюдаеми кълбовидни звездни купове. Основавайки се това, Шепли дал оценка за размерите на Галактиката – 300 000 св.г или 3 пъти повече от приетите сега.

ГАЛАКТИЧНА АСТРОНОМИЯ

Окончателно спорът за островната Велена бил решен от Едуин Хъбъл през 20-те години на ХХ век.

Малко преди това Шепли използвал метода на Цефеидите за определяне на разстоянието до кълбовидните звездни купове, оказали се най-далечните системи, обвързани динамично с Млечния път.

Хъбъл използва същия метод, наблюдавайки Цефеиди в звездната спираловидна система в съзвездието Андромеда, която Месие нанесъл под № 31 в своя каталог. Станало ясно, че разстоянието до този обект е няколкократно повече от разстоянието до кой да е от кълбовидните звездни купове. То възлиза на 2,5 милиона св.г.


Също с порядъци били по-големи разстоянията до другите звездни системи, оказали се други галактики.

И така, звездите не са равномерно разпределени в цялата Вселена, те са групирани в звездни системи – галактики. Броят им е стотици милиарди. Те са с разнообразни форми. Нашата Галактика – Млечният път спада към големите звездни острови, приличащи отстрани на лещи с протяжност от поне 100 000 св.г., а откъм галактичните полюси – на огромни спирали. За формата, както и за изучаване структурата, пространственото разпределение на съставящите го обекти, тяхното движение в пространството и въртенето на Галактиката като цяло е въведена система от галактични координати.
Галактични координати

В северното небе Млечният път минава през съзвездията Близнаци, Бик, Колар, Персей, Касиопея, Цефей и Лебед, където се раздвоява; после през Орел и минава в южното небе през Щит, Стрелец, Змиеносец, Скорпион, Жертвеник, Южен триъгълник, Центавър, Южен кръст и отново като една ивица продължава в Кораб, Корабни платна, Кормило, Голямо куче, Еднорог. После отново се връща в северното небе през Орион и Близнаци.

Големият крът от небесната сфера, минаващ през средата на Млечния път и центъра на сферата е галактичният екватор.

Галактичният и небесен екватори са под ъгъл един спрямо друг от 62,6º и се пресичат в съзвездията Орел и Еднорог.

Две също така противоположни и равноотдалечени от галактичния екватор точки от небесната сфера представляват галактичните полюси.

Северният галактичен полюс G1 е в съзвездието Косите на Вероника и е с екваториални координати:

Рекстанцензия α = 12 h 48, m

Деклинация δ = +27,4˚

Южният галактичен полюс G2 е в съзвездието Скулптор с екваториални координати:

Рекстанцензия α = 0 h 48,9 m

Деклинация δ = - 27,4˚

С тази координатна галактична система може еднозначно да се определи положението на всеки обект по небето:



Чрез галактичната ширина b– ъгловото разстояние или частта от големия крът, минаващ през галактичните полюси и светилото. Измерва се в градуса и части от тях, като 0˚ е при галактичния екватор, + 90˚ при северния галактичен полюс и - 90˚при южния небесен полюс.

Галактичната дължина l се отчита от точка, съответстваща на посоката към центъра на Галактиката в съзвездието Стрелец и отстояща вдясно /западно/ от пресечната точка на небесния и галактичен екватори в съзвездието Орел /възходящия възел/ на 33˚. Измерва се също в градуси и части от тях – от 0˚до 360˚ в посока обратна часовниковата стрелка, гледано от северния галактичен полюс.




Собствени движения на звездите

Звездите са толкова далече от нас, че за дълги периоди от време – много по-големи от живота на цели поколения – видът на звездното небе е един и същ. Затова съзвездията отдавна са служели на хората за ориентация във времето и пространството.

Неизменността на небесата е илюзия, която явно за първи път била заподозряна от китайския астроном И Син едва през VІІІ век от н.е.

Десет века по-късно, през ХVІІІ век, Халей се заел да сравни използваните по това време звездни каталози с тези на Хипарх от ІІ век пр.н.е. и още по-стария – на Тимохарис и Аристид от ІІІ век пр.н.е. Освен очакваните промени в екваториалните координати, дължащи се на прецесията, Халей забелязал, че по-близките звезди като Сириус, Арктур, Алдебаран имат допълнителни отклонения. Халей предположил, че те се дължат на собственото движение на звездите в пространството, което било доказано малко по-късно през същия век от Майер и Мескалини.

Системна работа по измерване на собствените движения на звездите започват от края на ХVІІІ век, но и сега само на около няколко хиляди стотици звезди от близките звезди са известни пространствените премествания.

Преместването на звездите върху небесната сфера за 1 година се нарича нейно собствено движение μ.



Звездите се движат във всевъзможни посоки в пространството. Като земни наблюдатели можем да доловим и измерим лъчевата скорост по направление на зрителния лъч /чрез ефекта на Доплер/. Можем да измерим и тангенциалната скорост по посока, перпендикулярна на зрителния лъч, която ни дава представа за отместването на звездите върху небесната сфера – наистина само за по-близките звезди. Оттук можем да съдим за собственото движение на звездата.




Във всяка площадка от тази небесна сфера е даден броят на звездите – числото горе и средните лъчеви скорости на повече от 2 000 звезди.

Знакът “-“ означава, че звездата се отдалечава по зрителния лъч, а “+” – доближава се
Най-бързо движеща по небето ни е звездата на Барнард. Тя е от 9,5 зв. в., проектира се в съзвездието Змиеносец и е една от най-близките до нас – на 1,81 пс разстояние. Звездата на Барнард е от спектрален клас М5V и се движи към Слънцето с лъчева скорост 108 км/сек.
Движение на Слънцето в пространството

Ние заедно със Слънцето също се движим сред звездните си съседи и това трябва да се отчита при определяне движенията на звездите и системите в Галактиката.

Прието е, точката от небесната сфера, към която е насочено движението на Слънцето да се нарича апекс, а противоположната й – антиапекс.

Определяйки собственото движение на звездите в близост до апекса и антиапекса, може да се определеи относителното движение на Слънцето спрямо тях. Това относително движение на Слънцето ще кара звездите към апекса видимо да се разбягват, а при антиапекса – да се доближават. Така изглежда, че се раздалечават дърветата, когато пътуваме по прав участък от пътя. Зад нас те се събират.





Вляво Слънцето е в центъра на фигурата, а стрелките показват посоката и скоростта на звездите около него. Като се вземе предвид собственото движение на Слънцето, получава се картината отдясно. Спрямо Слънцето, което е в центъра някои звезди се доближават, други се отдалечават по зрителния лъч и така сочат

местоположението на слънчевия апекс и антиапекс.
Така е определено, че слънчевият апекс е в съзвездието Херкулес и има екваториални координати

Рекстанцензия α = 17 h 40 m

Деклинация δ = 21˚

Слънчевият антиапекс е в съзвездието Заек.

Слънцето се движи спрямо близките звезди със скорост 15,5 км/сек по посока на съзвездието Херкулес.


Галактична година

Заедно с близките звезди Слънцето следва въртенето на Галактиката като цяло и се движи по посока на съзвездието Лебед със скорост от 250 км/сек.



Намирайки се на около 10 Кпс от центъра на Галактиката, Слънцето прави един пълен оборот около него за 200-250 милиона години. Това е 1 галактична година. Точната стойност се приема за близо 220 млн. години

Слънцето и Слънчевата система са започнали да се формират преди 4,5 млрд. години. Може да се пресметне, че оттогава досега за нашата система са изминали 21 галактични години. Сега тече 22-рата галактична година.



Възприетата възраст за най-древната човешка цивилизация е само 15 галактични минути, а имайки предвид, че 1 галактична секунда е 130 земни години, излиза, че средната продължителност на човешкия живот е около половин галактична секунда!

Траекторията на Слънцето и звездите не е точно окръжност – Слънцето никога не минава през една и съща точка спрямо центъра на Галактиката. Галактичната орбита е по-скоро спираловидна. Освен това Слънцето е ту над галактичната равнина с максимално отклонение до 25 пс от нея и това продължава 25 милиона години и толкова под галактичната равнина. В момента то е на само 40 св. г над галактичната равнина и се приближава към нея.





На фиг. а е показано вълнообразното движение на звездите от дисковете на спираловидните галактики като нашата, а на фиг. б долу е хаотичното движение на звездите в друг вид галактики – елипсовидните.

Въртене на Галактиката

За първи път Ковалски през 1859 г. дава математическа разработка на идеята за въртенето на Галактиката като цяло, а първият опит да се определи това въртене чрез анализ на наблюденията на лъчевата скорост на звездите прави Струве през 1887 г. Той приема, че Галактиката се върти като твърдо тяло и получените от него стойности не се различават много от сегашните.

През 1926-7 г. Линдбланд, Швеция и Оорт , Холандия разработват теорията на галактичното въртене, поставяйки си за цел да обяснят явлението асиметрия в звездното движение. Линдбланд изказва предположение, че различните по физичните си свойства обекти са и различни в кинематично отношение и затова учавстват по свой начин в общото въртене на Галактиката.

Наистина, въртенето на Галактиката като цяло зависи от разпределението на масите в обема й:



  • ако масите са равномерно разпределени в целия й обем, въртенето й трябва да като на твърдо тяло – с еднаква ъглова скорост ω и линейна скорост υ, зависеща от отдалечеността на обекта от центъра на галактиката υ = r . ω.

  • ако по-голямата част от масата на Галактиката е съсредоточена в центъра, звездите извън него трябва да се движат по законите на Кеплер ъгловата скорост да намалява с отдалечаване от центъра





Ако процепът на спектрографа се постави по голямата ос на една галактика, по наклона на спектралните линии може да се измери лъчевата скорост на различни разстояния от центъра на галактиката.Така се получава т.н крива на въртене. С V0 е српедната скорост на галактиката според закона на Хъбъл, а r е ъгловото разстояние до голямата полуос.
Оказва се, че наистина ъгловата скорост намалява с отдалечаване от центъра на Галактиката, но с по-малка скорост, отколкото изискват законите на Кеплер. Това важи за звездите от покрайнините на Галактиката. До разстоянието, на което е Слънцето може да се приеме, че обектите се движат около галактичния център по законите на въртене на твърдо тяло. Там равномерно разпределена е само 20% от масата на Галактиката, която се счита, че общо възлиза на 1,4.10*11 маси на Слънцето.

Установено е също така, че спиралните ръкави се въртят като перките на витло – като твърдо тяло, а обектите между спиралите – по законите на Кеплер.



Интересно е, че Слънцето и звездите на разстояние около 10 Кпс от центъра на Галактиката се намират в т.н. коротационна окръжност – мястото, където ъгловата и линейна скорост съвпадат по стойност.

Слънцето с нашата планетна система се намира в областта близо до един от спиралните ръкави, но вероятно от времето на съществуването си не е пресичало спирален ръкав именно поради това, че е на подходящо разстояние от центъра на Галактиката. Това означава, че системата ни е устойчива вече 4,6 млрд години – време достатъчно, за да се развие животът до висшите си форми. Ъгловата и линейна скорости на разстояние 10 Кпс от галактичния център е 24 км/с.Кпс.



Естествено възниква едно необходимо условия за търсене на високоразвити форми на живот в звездни системи в пространството между спиралните ръкави в коротационната окръжност – там, където има възможност системите дълго време да съществуват без постоянно да са подложени на опасност от космически катаклизми. Не случайно такова местоположение във всяка една подобна галактика се нарича още “пояс на живота”.



Галактични подсистеми

След бягството си от фашизираща се Германия през 30-те години на ХХ век, немският астроном Валтер Бааде работи в САШ в обсерваторията Маунт Уилсън. Тъй като при бягството си той остава без документи, не успява да получи американско поданство. Когато повечето от колегите му в обсерваторията биват мобилизирани по време на войната, Бааде остава почти сам. Тогава голяма част от наблюдателното време на 2,5 метровия телескоп той можел да използва за собствени изследвания. Нощното небе в пустинята не било смущавано дори от светлините на милионния Лос Анжелис поради предприетите мерки за противовъздушни нападения, изискващи затъмнение на града. Условията за астрономически наблюдения в рядко облачното небе на пустинята били идеални.

Бааде изследвал горещите сини гиганти в периферните части на близките галактики и най-вече в галактиката в Авдромеда М 31. Той предполагал, че в центъра на галактиките би трябвало да има също така гигантски, но червени звезди. Успял да получи небивали дотогава добри изображения на галактичните централни области, на които се различават отделни звезди. Там наистина имало червени гиганти от крайните стадии на звездната еволюция, както и в повечето кълбовидни купове.

През 40-50-те години на миналия век Бааде вече разполагал с достатъчно наблюдателен материал в потвърджение на своето предположение и разработил схема на звездните населения в галактиките.

Звездните населения според Бааде били два типа:



  • звездно население от І тип – това са младите звезди с наличие на около 1% тежки елементи в състава. Тук е Слънцето, както и звездите от разсеяните звездни купове, от спиралните ръкави, от областите на звездообразуване. Тук влизали и газово-праховите мъглявини от междузвездното пространство в спиралните ръкави.

  • звездно население от ІІ тип са старите червени гиганти и свръхгиганти от централните части на галактиките и от кълбовидните звездни купове, бедни на тежки елементи.

Както личи по характеристиката на звездните населения, Бааде е заложил на еволюционния критерий.
Друг изследовател на звездите и обектите в галактиките Кукаркин ги разделя според пространственото движение, т.е по кинетични признаци. Той въвежда термините подсистеми:

  • плоска подсистема, съответствата на І тип звездно население. Концентрацията на обектите към тази подсистема увеличават концентрацията си към галактичната равнина и имат малки пространствени скорости спрямо Слънцето.

  • сферичната подсистема съответства на ІІ тип звездно население според Бааде.

Огромното разнообразие от обекти в галактиките само най-общо може да се вмести в двете компоненти, независимо дали са наречени звездни населения или подсистеми. Тъй като впоследствие терминологията на подсистеми се доразвива, сега галактичните обекти се характеризират главно според пространствените си движения, които явно са свързани с еволюционния им стадий.

Сега галактичните обекти е прието да се характеризират с 5 подсистеми:


  • І подсистема – това са обектите, разполагащи се на средно разстояние от 0,12 Кпс от галактичната равнина и са най-младите обекти на възраст под 10 милиона години – това е населението на спиралните ръкави.

  • ІІ подсистема – обекти на разстояние средно от 0,16 Кпс от галактичната равнина и възраст около 1 млрд години. Тук са класическите цефеиди, звезди с изявени линии на металите в спектъра си, обекти близо до галактичната равнина, но не влизащи в състава на спиралните ръкави.

  • ІІІ подсистема – обекти на средно разстояние 0,4 Кпс от галактичната равнина и възраст повече от 1 млрд години – тук са новите звезди, планетарните мъглявини, звезди със слаби линии на метали в спектъра си – това е диска на галактиките;

  • ІV подсистема – обекти на разстояние 0,7 Кпс от галактичната равнина и възраст няколко милиарда години – обекти с по-големи пространствени скорости от Слънцето;

  • V подсистема – обекти на разстояние повече от 1,3 Кпс от галактичната равнина и възраст, сравнима с възрастта на самата галактика – червените гиганти от кълбовидни звездни купове и централните области състоящи се изцяло от водород и хелий.



Тези подсистеми имат смисъл при изясняване еволюцията на самата галактика.
Еволюция на галактичните структури

Както сочат и последните изследвания, галактиките са възникнали почти веднага след Големия взрив или поне много бързо след него. Счита се, че първите сгъстявания вселенско вещество е дало началото на малки звездни острови, които следвайки общото разширение на пространство-времето са се групирали. Сегашните големи галактики като нашата са се образували от нееднократното сливане на малки галактики и поглъщане на малки галактики от големи. Има обаче изключения – открити са доста големи галактики само на няколко стотин милиона години време-пространство от Големия взрив.





Формиране на галактики като Млечния път.
Все още не е изяснен въпросът дали първо са възникнали галактиките като сгъстявания първично вещество или са възникнали първите звезди, които са се групирали в галактики.

Ето работния сценарий на формиране на галактики като Млечния път:

Първо се е формирала сферичната или V подсистема от стари кълбовидни звездни купове и гигантски звезди от галактичния център. После и останалите отвън навътре подсистеми, като звездообразуване протича и сега в спиралните ръкави.

Както сочат наблюденията на другите галактики процесът на звездообразуване не протича с еднакъв темп. Съдейки по наличието на звезди с различно съдържание на тежки елементи в състава им, руснаците Марсаков и Сухов през 1976-8 г. говорят за 3 групи звезди по този признак, което би могло да означава, че в Галактиката е имало поне 3 етапа на бурно звездообразуване.

Съдейки по възрастта на най-старите звезди, ясно е Галактиката е на преклонната възраст от поне 10 млрд години.

За изясняване еволюцията на Галактиката като цяло има смисъл подробното изучаване на нейната структура.


ОБОБЩЕНИЕ – обща характеристика на Галактиката:

И така, Галактиката ни спада към огромните спираловидни галактики с диаметър на видимите излъчващи места със звезди от около 25 Кпс или стотина св.г. , като Слънцето е на 10 Кпс разстояние от центъра или 30-тина св.г.

Оценката за броя на звездите в Галактиката е между 250 до 400 милиарда, като от повечето изследователи се приема последната цифра. Масата на Галактиката, съдейки по видимите обекти в нея е 1,4.10*11 слънчеви маси, а светимостта й възлиза на 1,3.10*10 пъти слънчевата светимост.

Дебелината на галактичния диск, където са повечето от звездите и междузвездните облаци е около 2 Кпс или 6 500 св.г.

Звезната плътност в околоностите на Слънцето е от порядъка 1/10 звезди в кубически парсек, а концентрацията към галактичния диск е до 3 звезди в кубически парсек.


СТРУКТУРА НА ГАЛАКТИКАТА

Магнитно поле и космически лъчи в Галактиката

В близост до Земята са регистрирани космически лъчи с огромна енергия, идващи почти в еднакви количества от всички посоки. Това е т.н. твърдо лъчение .През 1949 г. се установява състава на космическите лъчи извън земната атмосфера и е дадена оценка на плътността на енергията им, която се оказала колкото плътността на енергия на звездите. Основната част от енергията им се пада на протоните. На електронната съставяща се пада около 1/100 от общата енергия, а на ядрата на по-тежките елементи – още по-малко.

И така, освен от Слънцето или т.н. меко лъчение, Земята приема и твърдото лъчение от далечните звезди. Двете съставки на космическото лъчение – слънчевото и звездното са обратно пропорционални една на друга. В години на максимум на слънчева активност, когато до Земята достига по-голямо количество меко лъчение от активните процеси на Слънцето, твърдото лъчение се екранира и е по-слабо доловимо.
През 1949 г. след откриване на поляризацията на светлината от междузвездната среда било направено предположение, че в Галактиката има глобално магнитно поле около 1/100 000 ерстеда, което ориентира прашинките в едно направление. Всяка частица се върти спираловидно около магнитна силова линия.

Поляризацията на светлината става източник за изучаване геометрията на галактичното магнитно поле. Така било установено, че то е успоредно на диска на Млечния път и е по посока на спиралните ръкави.

Не е ясен произходът на магнитното поле на Галактиката, но се предполага, че то се генерира от мощните процеси, ставащи в галактичното ядро.
Централна област

Звездната плътност в околностите на Слънцето е средно 1 звезда в 10 куб. парсека или 0,1 звезда на куб. парсек, а към центъра на Галактиката достига до 3 звезди в куб.парсек.



Най-яркият участък от Млечния път се проектира в съзвездието Стрелец на границата със Скорпион. Тук множество стари звезди образуват т.н. Голям звезден облак в Стрелец, който е видимата част от централното сгъстяване или балджа на Галактиката.



Млечният път в съзвездието Стрелец, добре видимо пред лятото.

Ъгловите му размери са 28º х 18º от небето или 4,8 х 3,1 Кпс в пространството.



По-голямата част от балджа е закрита от тъмни прахови облаци, чието поглъщане на светлина достига до 25 зв.величини.
Ядрото на Галактиката е обект на усилено изучаване с най-мощните модерни астрономически уреди във всевъзможни дължини на вълните. Откритията през последните години са наистина вълнуващи.

Счита се, че вътре в централното удебеление или балджа се намира самото ядро, от което излизат мощни потоци плътен газ със скорост 200 км/сек. Обкръжено е от газов диск с елипсовидна форма и с диаметър около 1 600 пс. Размерите на самото ядро са 15 х 30 пс.


University of California, San Diego, Center for Astrophysics&Space Sciences

Това радиоизображение е на дължина на вълната 0,92 м или 330 MHz и обхваща централния район на Галактиката с площ 4°х4°, което е с пространствен размер от 2 000 св.г.

Самият център е обозначен с Sgr А (Sagitarius A) – това е кълбовиден звезден куп от формиращи се сини гигантски звезди, обвити в газ. Диаметърът му е едва 1/10 св.г, докато средният размер на галактичните кълбовидни звездни купове е 1000 пъти повече. Такива компактни кълбовидни звездни купове с обозначения Sgr са и на по-големи разстояния от самия център. Виждат се светли арки от газ, явно увлечени от силно магнитно поле с обозначения Arc, а с SNR са отбелязани остатъците от най-масивните звезди вече избухнали като свръхнови.

Радионаблюденията дават още по-добра видимост на пръстен от газ и прах, в който са потопени обектите от тази обширна типична област на звездообразуване на разстояние от 5 до 25 св.г. от купа в центъра, както и ударни вълни от свръхновите, потоци изхвърлен газ от центъра, следващи магнитните силови линии на разстояние 60 св.г.



Ядърце или керн


Изображение на същата централна област на Галактиката в инфрачервени лъчи позволява да се определи масата на веществото в обем от 1 рс на около 2 млн маси на Слънцето. Това означава, че звездите от купа са на разстояние само 1000 а.е. една от друга, което би означавало, че на всеки милион години трябва да има поне по един сблъсък между тях.



Астрономите откриха пръстеновидна структура от високоенергийни частици, излъчващи интензивно рентгенови лъчи на 20 св.г. от синия звезден куп в центъра на Галактиката.

Изображението вляво е получено в рентгенови лъчи от орбиталната рентгенова обсерватория XMM-Newton, вдясно е изображение на кълбовидния куп във видими лъчи, получено от орбиталния телескоп Hubble.

Твърде е вероятно този енергиен пръстен да е акреционен диск около черна дупка с междинна маса.
Наблюденията в рентгеновия и гама-диапазони показват характерния профил на излъчване от областта с черна дупка, тясна звездна система или свръхнова. Бързите пространствени движения на звездите от купа в центъра с около 1000 км/сек, струите свръхбързи потоци вещество и другите активни процеси тук се интерпретират като инициирани от наличието на свръхмасивна черна дупка с маса поне 2,5 млн пъти повече от слънчевата маса,която постоянно пълнее от погълнатия газ, превръщайки 1% ежегодно от масата му в гравитационна енергия. Този най-енергиен източник в центъра на Галактиката е много близо до звездния куп и е с обозначение Sgr А*. В диапазона 0,3-2,5 нанометра в рентгеновия диапазон по мощност е равно на излъчването на хиляди Слънца в целия електромагнитен спектър.


Това е най-подробното получено засега изображение на центъра на Галактиката с разделителна способност по-малка от разстоянието Земя-Слънце. През ноември 2005 г. астрономи от Калтех, Харвард-Смитсонианския център по астрофизика, от Института по астрономия на Тайланд и др., с финансовата подкрепа на Националната научна фондация на САЩ, използваха Националния радиотелескоп със свръхдълга база VLBA – Very Long Baseline Array, за да надникнат в сърцето на Млечния път много по-дълбоко от всеки друг път.

Това е изображение на обекта Sagittarius А*, получено на честота 86 GHz. Бялото петно в центъра е мястото на свръхмасивната черна дупка, до която ни делят 26 000 св.г.

Съвсем скоро – в края на ноември 2004 г. - бе открита още една черна дупка с междинна маса от порядъка на 1300 слънчеви в самия център на Галактиката. Ако този обект наистина се окаже черна дупка от по-нататъшните изследвания, то междинните черни дупки ще се окажат наистина строителните тухлични, от които при сливане им се получават свръхмасивните черни дупки с милиони маси на Слънцето.




http://www.space.com/scienceastronomy

Новооткритият обект е с обозначение GCIRS 13E, претендент за втора черна дупка с междинна маса е на разстояние само 1,5 св.г. от свръхмасивната черна дупка в центъра на Галактиката – много по-близо, отколкото е Слънцето до звездните си съседи /4,5 св.г./.

Наблюдават се и 7 звезди, обикалящи със скорост от 280 км/сек около черната дупка, всяка с маса 40 маси на Слънцето.
Хало

Външно хало или корона

Някъде към 70-те години на ХХ век се считало, че всичко що се касае до структурата на Галактиката вече е изяснено. Резултатите от изследванията на пространствените движения на звездите и Слънцето; данните за другите галактики водели до извода, че видимият диск на Галактиката се простира до 15 Кпс от центъра й или диаметърът на диска възлиза на 30 Кпс.



Първото съмнение, че всичко по този въпрос е ясно било изследването на неутралния водород в съседната галактика М 31 в Андромеда. Странното било, че бил открит газ на голямо разстояние от центъра й, при това скоростта му на движение оставала постоянна. Дифузното вещество имало поведението на въртене на твърдо тяло. Това можело да означава само едно – че нещо извън него го притиска и не му позволява да изтече, да се разсее извън галактиката. Но това е нещо, което не излъчва. Така възниква идеята за наличието на скрита маса или тъмно вещество в галактиките и Вселената.


Изображение на тъмното вещество около диска на спирална галактика

като нашата.

Изследването на галактиките през 80-те години създало доказало, че наистина няма галактика, чиято маса възлиза единствено на светещите звезди и видимите обекти в нея. Именно тази невидима маса вещество на галактиките била наречена корона или външно хало.

Масата на галактиките сега по-точно се определя при взаимодействащите галактики, където гравитацията си казва думата, отколкото по светенето им.

Излиза, че тъмното вещество е съществена част и ако се вземе предвид гравитационното му влияние, масата на галактиките значително нараства в сравнение с тази, определена по светенето на звездите им. Нарастват и размерите им – поне тройно.



Вземайки предвид наличието на тъмното вещество, оценките за размерите на нашата Галактика вече не са 100 000 св.г. или 30 Кпс диаметър на диска, а поне 300 000 св.г. или90-100 Кпс. Масата може да се окаже с цял порядък повече от 200 милиарда слънчеви маси.

Естествено възниква въпросът какво представлява това тъмно вещество и има ред предположения – изгаснали звезди и планетоподобни тела, черни дупки или потоци неутрино, неутрино с маса, различна от нулевата...

Или както казва Ходж в книгата си “Галактики” от 1992 г.:

...излиза, че по-голямата част от Вселената е ненаблюдаема. Това, което виждаме е само част от айсберта – върха му. Грандиозните спирални галактики са само скелети на огромни тайнствени призраци.”


Вътрешно хало

През 1973 г. Острайкер и Пиблс доказват, че гравитацията не може да уравновеси въртенето на неустойчиви образувания от диска.

През 1975 г. Хол доказва, че галактиките с диск са устойчиви образувания, ако поне половината от масата е съсредоточена в невъртяща се сферична област около ядрото, наречена вътрешно хало с радиус поне 10-15 Кпс. Такава маса вещество не отговаря на наблюдаемата и наличието й е още по-спорно отколкото наличието на външно хало.


Произход на спиралните ръкави

Спираловидните галактики като нашата се въртят по-бързо от другите галактики и аналогията със спираловидно изтичаща вода през отвор се натрапва. Сега тази аналогия като че ли е още по-пълна. В ядрата на повечето от изучените спирални галактики са открити масивни черни дупки.

Откритието, че живеем в такава галактика дошло през 60-те години на миналия век, когато радиотелескопи били насочени към небето. Изследвайки радиоизлъчването на неутралния водород на дължина на вълната 21 см по цялото небе било разкрито наличието на места на по-голяма негова концентрация – части от спирални структури.


Излъчване на дължината на неутралния водород 21 см в нашата Галактика – първото наблюдателно потвърждение за наличие на спирални ръкави



Разкриване истината за спиралната структура на Млечния път
Произходът, причината за съществуване на спирални ръкави дълго не заставал като проблем за изучаване, докато не било изчислено, че спиралите всъщност би трябвало да са много по-неустойчиви образувания – далеч по-малко същестуващи в сравнение с възрастта на самата галактика.

Компютърните модели показват, че ако спиралите са възникнали от самото формиране на галактиките с времето те трябва да се завиват все повече, докато не се затворят в концентрични окръжности. Една галактика на възраст 10 млрд години би трябвало да е направила стотина оборота около себе си досега, докато спиралните ръкави са завити най-много до 1-2 оборота. Защо галактиките имат спирална структура, неотговаряща на характера на общото й въртене?





Моделиране на спиралните ръкави, които се оказват доста

неустойчиви образувания.
Съществуват 2 предположения:

- според Теорията на разпространение на плътностните вълни, развита от шведският астроном Бертил Линдбланд и напълно завършена през 60-те години на миналия век от Лин и студентите му в Масачузетския институт, всичко започва с възникването на една плътността вълна. Ако в балджа на галактиката възникнат радиално-симетрични смущения в плътността, те се разпространяват навън като процес на уплътняване и разреждане на веществото. Поради въртенето на галактиката, тези радиални плътностни вълни преминават в спираловидни. Смущенията, водещи до възникването на тези плътностни вълни може да се дължат на:

асиметрия в разпределението на масите в балджа или да са вътрешно присъщи за една отделна галактика.

Може да възникват и под действие на гравитационни приливни ефекти при взаимодействащи си галактики – външно въздействие спрямо дадената галактика.



Образуване на спирални ръкави при гравитационно взаимодействие между галактики – компютърен модел.
Разпространението на такава плътностна вълна с по-малка скорост от тази на въртене на галактиката води до процеси, аналогични на тези в чаша кафе със сметана. Разбъркването с лъжичка на сметаната води до възникване на триене на течността при стените на чашата, което забавя въртенето на външните слоеве на течността в сравнение с по-вътрешните. Възниква характерна спирала, онагледеня с някоя и друга недоразбита все още купчинка сметана.

Ученикът на Лин, Робъртс доказва, че пред плътностната вълна се разпространява ударна вълна, която сгъстява междузвездното вещество 5-10 пъти повече от това между ръкавите, което предизвиква гравитационното свиване на инертните маси вещество и начало на звездообразуване. Пламналите звезди осветяват пространството около себе си и подобно на купчинките недоразбита сметана правят спиралната структура добре различима.

Този механизъм обяснява наличието на 2 до 4 спирални ръкава, както е при повечето спирални галактики.

Възможен е и друг механизъм, описан от т.н.



  • Стохастична теория или Теория на случайните процеси:

предполага непрекъснато зараждащи се и разпадащи се спирални сегменти.

През 1965 г. е направена компютърна анимация, проиграваща процесите в галактиката М 31 в Андромеда. Илюстрацията започва с възникнало смущение в произволен участък, даващ начало на звездообразуване, който поради диференциалното въртене се изтегля в дълъг тесен сегмент със спирална форма.

Постепенно процесът затихва поради изчерпване на междузвездното вещество и спиране на звездообразуването. Спиралата потъмнява, а възникналите звезди с по-малка маса следват спокойно хода на своето развитие. Междувременно на друго случайно място възниква смущение, което се разпространява като спирален ръкав или част от него, докато протичат бурните процеси на звездообразуването.

За произходът на смущенията и тук се предполагат същите вътрешни и външни фактори, както и при плътностните вълни.



Засега наблюдателните факти не говорят нито само в полза на единия, нито на другия механизъм. Явно истината, както обикновено се оказва е някъде помежду им или по-точно в съчетанието от двата.






База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2016
отнасят до администрацията

    Начална страница