КУРС ЗАГАЛЬНОЇ АСТРОНОМІЇ - С. М. АНДРІЄВСЬКИЙ 2007

Частина VII

ОСНОВИ ГАЛАКТИЧНОЇ І ПОЗАГАЛАКТИЧНОЇ АСТРОНОМІЇ

Розділ 20

ПОЗАГАЛАКТИЧНА АСТРОНОМІЯ

20.7. Розподіл галактик у просторі

При вивченні розподілу галактик у просторі, як і зір у нашій Галактиці, використовують інтегральну функцію блиску N(m), що визначає кількість об'єктів у заданій ділянці неба, видима зоряна величина яких менша або дорівнює m. Якби галактики були розподілені в просторі рівномірно, то мала б справджуватися теорема Зелігера:

image53

Першим проаналізував цю проблему Хаббл. До 1934 р. він на фотографіях, отриманих за допомогою телескопа з діаметром дзеркала 2,5 м, підрахував кількість галактик до 20mна 1283 невеликих ділянках, рівномірно розподілених на небесній сфері. Хаббл виявив, що на один квадратний градус неба в середньому припадає 131 галактика із зоряною величиною до 20m. Поверхня сфери налічує 41 253 квадратних градуси. Таким чином, на всій небесній сфері загальна кількість галактик до 20m становить 5,4· 106.

Для сучасних оптичних телескопів доступні галактики з видимою зоряною величиною до 28m. З формули (20.14) обчислюємо, що N(m + n) ≈ 4nN(m), тому загальне число таких галактик становить N(28) = 48N(20), тобто близько 3,5 1011.

Хаббл визначив, що теорема Зелігера правильна для всіх вибраних напрямів. А це значить, що в середньому розподіл галактик у просторі не лише однорідний, а й ізотропний, тобто однаковий в усіх напрямах.

Однак детальніший аналіз показав, що в масштабах, менших від 100 Мпк, галактики утворюють групи, а також скупчення і надскупчення. Скупчення бувають багаті і бідні. Останні налічують невелику кількість членів. Наприклад, три великі спіральні галактики — наша Галактика, Туманність Андромеди (М31) і Туманність Трикутника (М33), а разом з ними Велика і Мала Магелланові Хмари та ще кілька десятків невеликих зоряних систем утворюють Місцеву групу — бідне галактичне скупчення, в яке входить усього близько 50 галактик. Майже половина з них — це карликові еліптичні та сфероїдальні галактики. Решта (за винятком трьох згаданих велетенських спіралей) — це неправильні галактики. Найбільша галактика в Місцевій групі — Туманність Андромеди. Кожна велика галактика Місцевої групи має декілька супутників. Для нашої Галактики — це Велика і Мала Магелланові Хмари та ще декілька карликових галактик. З них одна карликова галактика у сузір'ї Стрільця була відкрита у 1994 р., а у 1997 році була відкрита карликова галактика в сузір'ї Насос, яка налічує всього близько мільйона зір. Декількох супутників має галактика М 31. Слід зауважити, що і зараз, завдяки вдосконаленню техніки спостережень, продовжують відкривати нові карликові галактики — члени Місцевої групи (наприклад, нещодавно — у 2006 р. — ще дві карликові галактики: у сузір'ї Гончих Псів на відстані 220 кпк (її радіус становить 550 пк), а також у сузір'ї Волопаса на відстані 60 кпк. Радіус останньої дорівнює 220 пк).

Якщо Місцева група займає простір розміром близько 1 Мпк, то діаметр типового галактичного скупчення у середньому близький до 8 Мпк. Одним з найбільших є скупчення в сузір'ї Волосся Вероніки (рис. 20.13), що знаходиться на відстані близько 92 Мпк від нас і займає на небі ділянку діаметром майже 12°. У ньому налічують близько 10 000 галактик. Як і для інших багатих скупчень, основна його складова — еліптичні і лінзоподібні галактики. Частка спіральних і неправильних систем тут становить лише 15%.

image54

Рис. 20.13. Багате скупчення галактик в сузір'ї Волосся Вероніки

У скупченнях з меншою кількістю членів розподіл галактик за типом більш рівномірний. Наприклад, у скупченні галактик у сузір'ї Геркулеса (відстань 215 Мпк) з двохсот найяскравіших членів більше ста — це спіральні галактики, близько сорока — еліптичні, і решта — неправильні галактики.

Відстань до найближчого скупчення галактик у сузір'ї Діви становить 16 Мпк. Наймасивніші члени цього скупчення — велетенські лінзоподібні галактики M 84, M 86 і еліптична галактика М 87.

В окремому скупченні галактики рухаються по своїх орбітах навколо спільного центра мас, при цьому вони зближуються, а іноді навіть зіштовхуються. Такі галактики носять назву взаємодіючих. Найбільшої імовірності цей процес набуває у багатих скупченнях. Взаємодіючі галактики можуть зливатися в єдину, більш масивну зоряну систему. Не виключене також, що сильне гравітаційне збурення у взаємодіючих галактиках може привести до викиду частини зір обох галактик і частини їх газових хмар в міжгалактичний простір скупчення (див. рис. 20.14). Цей механізм може пояснити наявність гарячого газу у міжгалактичному просторі для багатьох скупчень. Оцінки показують, що повна маса міжгалактичного газу в багатому скупчені є сумірною із повною масою усіх наявних у ньому галактик.

image55

Рис. 20.14. Взаємодіючі галактики (NGC 4676), поєднані спільною газово-зоряною перемичкою; значна частина маси цих двох зоряних систем викинута припливною гравітаційною силою в міжгалактичне середовище у формі довгих променів, де під впливом гравітаційного збурення активно протікає процес зореутворення, про що й свідчить їх блакитний колір

Менш руйнуюча взаємодія (наприклад, зближення двох галактик на невелику порівняно з їх розмірами відстань) може мати суттєвий вплив на процес зореутворення в їх зовнішніх частинах, як це видно, наприклад, у випадку галактики NGC 1512 (рис. 20.15).

image56

Рис. 20.15. Галактика NGC 1512 з активним зореутворенням на зовнішній

границі диска

Взаємодію галактик виявлено і в Місцевій групі. Наприклад, є підтвердження тому, що між нашою Галактикою та її супутниками — Великою і Малою Магеллановими Хмарами — існує потік газової речовини, яка під час зближення була втрачена супутниками.

В надскупченнях, як правило, налічують десятки окремих галактичних скупчень. Вони мають типовий розмір 50 Мпк.

Дотепер детально вивчено лише невелику частину об'єму доступного для спостережень Всесвіту. Однак з цього зроблено надзвичайно важливий висновок: розподіл галактик у Всесвіті має комірчасту структуру. Просторове розташування галактик утворює стінки комірок, які розділені між собою велетенськими порожнинами («кавернами» або войдами), нагадуючи швейцарський сир (рис. 20.16). Це відкриття було зроблене на початку 80-х років минулого століття. Було встановлено, однак, що войди мають приблизно сферичну форму з діаметром від 40 Мпк до 150 Мпк і що вони не зовсім вільні від речовини: в них зустрічаються поодинокі галактики і газові хмари. Можливо, у войдах знаходяться галактики, які майже цілком складаються з темної матерії.

image57

Рис. 20.16. Комірчастий розподіл галактик у просторі

Як виявила група естонських учених під керівництвом Я. Ейнасто, для всіх тоді вивчених скупчень кінетична енергія галактик більш ніж у три рази перевищує енергію їхньої гравітаційної взаємодії. Складалася думка, ніби галактики у скупченні гравітаційно не зв'язані в єдину систему. Однак, якби це відповідало дійсності, то галактичні скупчення розвалювалися б приблизно за 1 млрд. років. Цю ситуацію було названо віріальним парадоксом (за так званою теоремою про віріал: сума подвоєної кінетичної енергії і потенціальної енергії стійкої системи дорівнює нулю).

Те, що скупчення існують, свідчить про наявність у навколишньому світі прихованої речовини, яка, зокрема, концентрується у скупченнях галактик і утримує їх як єдине ціле упродовж принаймні 10 млрд. років. Як вже було сказано, можливо, що галактики оточені невидимими протяжними оболонками — коронами зі слабких карликових зір, або занурені у велетенські нейтринні хмари.






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.