КУРС ЗАГАЛЬНОЇ АСТРОНОМІЇ - С. М. АНДРІЄВСЬКИЙ 2007

Частина VII

ОСНОВИ ГАЛАКТИЧНОЇ І ПОЗАГАЛАКТИЧНОЇ АСТРОНОМІЇ

Розділ 20

ПОЗАГАЛАКТИЧНА АСТРОНОМІЯ

20.4. Фізичні властивості галактик

Світ галактик є винятково різноманітним не лише відносно їхніх форм. Галактики, що належать до одного і того ж типу, можуть істотно відрізнятися за розмірами, масами, світностями та іншими фізичними характеристиками.

Лінійні розміри галактики визначають за відомою відстанню до неї та за її кутовим діаметром. Однак, оскільки густина зір зменшується від центра системи до її периферії поступово, то більшість галактик не має чітких меж. Тому і розміри галактики, обчислені зі спостережень, істотно залежать від того, яким методом їх одержали. Наприклад, на фотографіях з тривалою експозицією галактика виглядає значно більшою, ніж при малій експозиції, ще більшою вона буде при спостереженнях з електрофотометрами і ПЗЗ приймачами випромінювання. Для гігантських спіральних та еліптичних галактик сучасні оптичні і радіотелескопи дають змогу вивчати їх структуру на відстанях до 80 кпк від їхніх центрів. У цілому ж галактики одного і того ж типу відрізняються між собою за розмірами в десятки разів.

Обертання галактики виявляють, порівнюючи зміщення спектральних ліній у різних її частинах, або за розширенням ліній у спектрі. На відміну від спіральних та неправильних галактик надійних даних про обертання еліптичних галактик досі нема. Ширина ліній у їхніх спектрах вказує на великі хаотичні швидкості зір.

Оскільки спектр галактики утворюється змішуванням випромінювання усіх зір і газу, що входять до неї, то з його аналізу також можна скласти конкретні уявлення про типовий склад зоряного населення. Як правило, спектри неправильних галактик і спіральних із розвинутими вітками нагадують спектри зір класів А і F, спектри решти спіральних — F і G, а спектри еліптичних — G і K. Звідси ясно, що в спіральних і неправильних галактиках є порівняно більше зір ранніх спектральних класів. Еліптичні галактики складаються з зір пізніх спектральних класів, подібних до зір сферичної підсистеми нашої Галактики.

Маси спіральних галактик обчислюють за лінійними швидкостями V обертання зір або газових хмар у зовнішніх частинах диска. Для перших швидкість оцінюється із спектральних спостережень у видимій частині спектра, для других — за ефектом Доплера для випромінювання водню на довжині хвилі 21 см. З метою приблизної оцінки вважають, що більша частина маси галактики сконцентрована в її центрі. І оскільки тоді для периферійних зір або газових хмар гравітаційне прискорення а = V2/R = GM/R2, де R— радіус галактики, то її маса:

image49

Визначити таким же способом масу еліптичної галактики не можна, оскільки, по-перше, еліптичні галактики майже не містять міжзоряного газу, по-друге, нема надійних даних про особливості рухів зір у таких системі. Але у цьому випадку масу можна оцінити за значенням середньої хаотичної швидкості зір V , яку знаходять за доплерівською шириною ліній у спектрі галактики. При цьому приймають, що повна кінетична енергія зір у галактиці повинна бути меншою від потенціальної. У протилежному випадку зорі залишали б галактику. Теорія дає зв'язок між масою M галактики та швидкістю V у вигляді, аналогічному формулі (20.13).

Маси найбільших еліптичних галактик сягають значень 1013M0. Маси карликових еліптичних галактик не перевищують 106M0. Маси спіральних галактик перебувають у межах від 109 до 1012Mʘ, неправильних — від 108 до 3-1010Mʘ.

Надзвичайно широким виявився діапазон світностей галактик, зокрема еліптичних. Наприклад, у найяскравіших еліптичних галактик світності досягають значення L = 1011L0, тоді як у карликових еліптичних галактик L = 3-105Lʘ. Світності спіральних галактик є в межах від 108Lʘдо 2-101oLʘ, а неправильних — 107—109Lʘ.

Важливою характеристикою галактик є відношення їхньої маси до болометричної світності M/L (M і L при цьому виражають в одиницях маси і світності Сонця). З нього можна отримати конкретні відомості про зорі, з яких складається та чи інша галактика. Наприклад, якби галактика вміщувала лише зорі типу Сонця, то M/L = 1. Насправді ж значення цього відношення є в межах від декількох одиниць до 100. Для більшості спіральних галактик відношення M/L в їх центральних зонах перевищує 5.

Як виявилося, для спіральних та неправильних галактик Μ/L значно більше, ніж для еліптичних. Це означає, що склад зір у цих галактиках неоднаковий. В еліптичних галактиках нема гарячих гігантів і надгігантів, вони складаються в основному з жовтих і червоних карликів класів К і М. І навпаки, у спіральних і неправильних галактиках дуже багато гарячих гігантів і надгігантів спектральних класів О і В. З іншого боку, існує проблема так званої прихованої (темної) маси — речовини, яка дає істотний внесок у повну масу системи, але світність її нехтовно мала, чи взагалі відсутня. Якщо галактика містить у своєму складі приховану масу, то відношення Μ/L для неї буде відхилятися від нормального до більших значень. Ще один показник наявності прихованої маси — відхилення спостережуваного розподілу швидкостей обертання газу і зір у площині диска нашої Галактики та інших спіральних систем від кеплерівського, за яким швидкість зменшується з відстанню від центра як R1/2. З'ясувалося, що швидкість обертання досягає максимального значення у внутрішній частині диска і залишається майже незмінною аж до самої його периферії (див. рис. 20.10).

image50

Рис. 20.10. Залежність швидкості обертання галактики від галактоцентричної відстані для деяких спіральних систем

Природа прихованої маси до цього часу не з'ясована. Можливо, галактики оточені невидимими протяжними оболонками — коронами з дуже слабких карликових зір або зовсім несвітніх планетоподібних тіл.

Не виключене також, що галактики і скупчення галактик, як єдині структури, стабілізуються своєрідними «нейтринними хмарами», в які ці галактики наче «вкраплені». Ця гіпотеза виникла після того, як отримали певні свідчення, за якими нейтрино мають масу спокою, що не дорівнює нулю. Тому їхні швидкості приблизно через 300 років після початку розширення Всесвіту стають значно меншими від швидкості світла. їхня гравітаційна взаємодія призводила б до утворення згаданих «хмар». Відомі також гіпотези про існування принципово нових частинок, що залишаються невидимими для спостерігача та існування яких проявляється лише при їхній гравітаційній взаємодії зі звичною для нас речовиною.

За різними оцінками, маса темної матерії в нашій Галактиці становить не менше 90% її повної маси, і лише 10% — це матерія світна. У цьому випадку загальна маса нашої Галактики була б не меншою 1012Mʘ.






Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами.

Всі матеріали на сайті доступні за ліцензією Creative Commons Attribution-Sharealike 3.0 Unported CC BY-SA 3.0 та GNU Free Documentation License (GFDL)

Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посиланням на сайт, будьте вдячними ми приклали багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2007-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.