Презентация на тему Презентація на тему Будова та еволюція Всесвіту

Галактик

Маса й розмір Галактик

Спектр галактики. Швидкість обертання галактик


Походження назви.

Історія вивчення галактик

Наша Галактика. Схема будови нашої галактики

Моделі Всесвіту

Великий Вибух та вік Всесвіту

Головні ери в історії Всесвіту

Чумацький Шлях

частини, є грандіозним завданням. Щоб одержати ті відомості, які

мають сучасні вчені, знадобилися праці цілих поколінь.
Всесвіт — це все, що існує. Він нескінченний у часі й просторі, хоча кожна його часточка має свій початок і кінець, як у часі, так і в просторі. Всесвіт складається з дрібних порошин і атомів, величезних скупчень речовини і зоряних світів і систем.

теорію всієї охопленої астрономічними спостереженнями області світу як частини

Всесвіту. Сутність її полягає в тому, що замість об'єкта, шо цікавить, вивчається його модель, яка більш-менш точно повторює оригінал або його найбільш істотні особливості. Узята за зразок модель необов'язково є матеріальною копією об'єкта. Побудова наближених моделей різних явищ допомагає вченим ще глибше пізнавати навколишній світ. Усі результати, отримані за допомогою моделей Все-світу, обов'язково перевіряють, порівнюючи їх із реальністю. В жодному разі не можна ототожнювати саме явище з моделлю, не можна без ретельної й багаторазової перевірки приписувати природі ті властивості, які має модель, тому що жодна модель не може претендувати на роль точної «копії» Всесвіту. Тому в космології потрібною є поглиблена розробка моделей неоднорідного і неізотронного Всесвіту.

об'єднаних у гігантські зоряні системи, що називаються галактиками. Наше

Сонце також є рядовою зорею, входить до складу нашої Галактики, яка, у свою чергу, включена в Місцеве скупчення галактик.
У Галактиці нараховується близько 10|! (трильйона) зір. Молочний Шлях, який ми бачимо на нічному небі у вигляді сріблястої смуги розсипаних зір, становить основну частину нашої Галактики. Молочний Шлях найбільш яскравий у сузір'ї Стрільця, де знаходяться наймогутніші хмари зір, менш яскравий — у протилежній частині неба. З цього неважко зробити висновок, що Сонячна система знаходиться не в центрі Галактики, який спостерігається від нас у напрямку сузір'я Стрільця.

зоряних скупчень, міжзоряного газу, пилу й темної матерії. Усі

об'єкти в складі галактик беруть участь в обертанні навколо спільного центру мас[1][2][3].
Галактики — надзвичайно далекі об'єкти. Відстань до найближчих із них вимірюється в мегапарсеках, а до далеких — в одиницях червоного зміщення. Саме через віддаленість неозброєним оком розрізнити на небі можна лише три з них: туманність Андромеди (видно в північній півкулі), Велику і Малу Магелланові Хмари (видно в південній). Вирізнити окремі зорі в зображеннях інших галактик не вдавалося аж до початку XX століття. До початку 1990-их років налічувалося не більше 30 галактик, в яких вдалося побачити окремі зорі (всі ці галактики належать до Місцевої групи). Після запуску космічного телескопа «Габбл» і введення в дію 10-метрових наземних телескопів кількість галактик, в яких вдалося розрізнити окремі зорі, значно зросла.

1012 мас Сонця, для порівняння — маса нашої галактики

Чумацький Шлях становить близько 2×1011 мас Сонця. Діаметр галактик — від 5 до 250 кілопарсек[4] (16—800 тисяч світлових років), для порівняння — діаметр нашої галактики близько 100 000 світлових років. Найбільша відома на 2012 рік галактика IC 1101 має діаметр більше 600 кілопарсек.
Найбільші скупчення галактик спостерігаються у сузір’ях Діви та Волосся Вероніки. У цьому напрямку астрономи відкрили своєрідну Велику Стіну, де на відстані 500 млн св. ро­ків виявляється значне збільшення кількості галактик в порівнянні з іншими напрямками.
Окремі галактики взаємодіють між собою, навіть відбуваються їх зіткнення, коли одна галактика по­глинає іншу — спостерігається своєрідний галактич­ний «канібалізм». На останній, четвертій, ступені ієрархічної структури скупчення галактик майже не взаємодіють між собою, тому не виявлено якогось спільного центра, навколо якого могли б обер­татися мільйони галактик.

Класифікація галактик, запропонована у 1936 році Едвіном Хабблом.
Кулясті еліптичні галактики
Дискові спіральні галактики
Галактики з перемичкою (баром)
Карликові
Неправильні

з еліптичної структурою і характеризуються чіткою симетрією розташування зір

при відсутності спостережуваного ядра. Наявна в назві цифра показує ступінь ексцентриситету: галактики E0 мають правильну кулясту форму, зі зростанням величини збільшується ступінь сплюснутості. Це число є показником спостережуваної форми галактики (у проекції на досліджувану площину), а не справжньої її форми (у просторі), що часто заважає визначенню морфології.
Тип галактик (S0) являє собою галактики з лінзоподібною структурою, що мають форму диска з чітко окресленою центральною опуклістю (балджем), однак у них не спостерігаються спіральні рукави.

Кулясті еліптичні галактики

собою галактики зі спіральною структурою, що мають в своєму

складі Балдж і зовнішній диск e поєднанні з рукавами. Літера визначає ступінь щільності розташування рукавів. У випадку з галактиками, які мають спіральну структуру, розмір їх балджа і товщина рукавів зменшуються «зліва направо», а концентрація пилу при цьому підвищується.
Тип галактик (SBa, SBb, SBc) являє собою галактики зі спіральною структурою і баром. У структурі галактик такого виду можна спостерігати яскравий бар, який перетинає балдж та з'єднує його з рукавами, що розходяться.
Тип галактик (Irr) являє собою галактики неправильної форми, які не підпадають ні під який з існуючих класів. Галактики виду IrrI мають залишки спіральної структури, а види галактик IrrII демонструють абсолютно неправильну форму. Прикладом неправильної галактики є M82.

Це маленькі за розмірами галактики, які складаються з декількох

мільярдів зір (така кількість зір є дуже малою в порівнянні з нашою Галактикою, яка налічує від двохсот до чотирьохсот мільярдів зір). До карликових відносять галактики зі світністю 109 L☉ або -16m абсолютної зоряної величини (це приблизно в сто разів менше яскравості Чумацького Шляху).

- нагадує еліптичні галактики.
Карликові сфероїдальні галактики (dSph) - різновид

dE, тільки відрізняється низькою поверхневою яскравістю.
Карликові неправильні галактики (dIr) - має клоччасту структуру будови.
Карликові блакитні компактні галактики (dBСG або BCD) - має в своїй структурі ознаки активного зореутворення.
Ультракомпактні карликові галактики (UCD) - галактики дуже маленьких розмірів.

між галактиками стає порівняною з їх діаметром, то істотними

стають приливні впливи галактик. Якщо відстань велика (порівняно з розмірами галактик), але також великий і час прольоту двох галактик поблизу одна одної, то масивніша галактика може перетягнути міжгалактичний газ, що оточує сусідню галактику, тим самим позбавивши її джерел поповнення внутрішніх запасів міжзоряного газу, що бере участь при формуванні зір[25].

Якщо відстань є меншою, є можливість того, що більш масивний компонент разом з міжгалактичним газом перетягне на себе й темне гало галактики, залишивши її фактично без темної матерії. Особливо часто таке трапляється у разі великої різниці в масах галактик. Також якщо відстань невелика, як невеликий і час взаємодії, то в галактиках виникне періодична зміна густини газу, що слугуватиме причиною спалаху зореутворення і появи спіральних гілок[25].

Граничний випадок взаємодії — це злиття галактик. За сучасними уявленнями, спочатку зливаються темні гало галактик. Потім галактики починають наближатися одна до одної по спіралі. І тільки потім починають зливатися зоряні компоненти, викликаючи в навколишньому газі хвилі щільності й спалахи зореутворення.

у Всесвіті. У результаті аналізу 21 902 галактик (повідомлення

початку 2009 року[27]) було з'ясовано, що практично всі вони в минулому зіштовхувалися з іншими галактиками. Також підтверджується припущення, що близько 2 мільярдів років тому відбулося зіткнення Чумацького Шляху з іншою галактикою[28].

можна точно сказати, де закінчується галактика та починається міжгалактичний

простір. Приміром, якщо в оптичному діапазоні галактика має один розмір, то визначений за радіоспостереженнями міжзоряного газу радіус галактики може виявитися в десятки разів більшим. Від розміру залежить і вимірювана маса галактики. Зазвичай під розміром галактики розуміють фотометричний розмір ізофоти 25-ї зоряної величини на квадратну кутову секунду в фільтрі B. Стандартне позначення такого розміру — D25[18].
Маса дискових галактик оцінюється за кривою обертання в рамках певної моделі. Вибір оптимальної моделі галактики спирається як на форму кривої обертання, так і на загальні уявлення про структуру галактики. Для грубих оцінок маси еліптичних галактик необхідно знати дисперсію швидкостей зір залежно від відстані до центру та радіальний розподіл густини[19].

всіх складових її об'єктів. Спектр середньостатистичної галактики має два

локальних максимуми. Основне джерело випромінювання — це зорі, максимум інтенсивності випромінювання більшості з яких лежить в оптичному діапазоні (перший максимум). Зазвичай в галактиці багато пилу, який поглинає випромінювання в оптичному діапазоні й перевипромінює його в інфрачервоному діапазоні. Так утворюється другий максимум в інфрачервоній області. Якщо світність в оптичному діапазоні прийняти за одиницю, то спостерігається наступна залежність між джерелами і типами випромінювання.

Під швидкістю обертання галактики мається на увазі швидкість обертання різних компонент галактики навколо її центру. Ця швидкість — це сумарна швидкість, отримана в ході різних процесів. Швидкість обертання галактики слід відрізняти від «кругової швидкості» Vc, яка обумовлена тільки силою гравітації й за визначенням дорівнює швидкості тіла, яке під дією сили тяжіння рухається по колу. Швидкість же обертання в загальному випадку обумовлена також радіальним градієнтом тиску P міжзоряного газу.
Для різних компонент галактики швидкість обертання оцінюється по-різному.

від грецької назви нашої Галактики (κύκλος γαλαξίας означає «молочне

кільце» — як опис спостережуваного явища на нічному небі)[8]. Коли астрономи припустили, що різні небесні об'єкти,які вважалися спіральними туманностями, можуть бути величезними скупченнями зір, ці об'єкти стали називати «острівними всесвітами» або «зоряними островами». Але пізніше, коли стало зрозуміло, що ці об'єкти схожі на нашу Галактику, обидва терміни вийшли з ужитку й були замінені терміном «галактика».

1610 року Галілео Галілей за допомогою телескопа виявив, що Чумацький Шлях складається з величезної кількості слабких зір. У трактаті 1755 року, заснованому на роботах Томаса Райта (англ. Thomas Wright), Іммануїл Кант припустив, що Чумацький Шлях може бути обертовим тілом, яке складається з величезної кількості зір, що утримуються гравітаційною взаємодією, подібно до Сонячної системи, але у більших масштабах. Якщо спостерігати таку Галактику зсередини, на нічному небі диск буде помітно як світлу смугу. Кант висловив припущення, що деякі з туманностей, видимих на нічному небі, також можуть бути окремими галактиками.

одна з рядових зоряних систем у світі галактик. В

ній близько 150 млрд. зірок. Велике скупчення їх утворює на нічному небі широку білясту смугу. Здавна цю смугу називають в Україні Чумацьким шляхом.
Наша Галактика належить до типу спіральних. Розміри її величезні: діаметр диска приблизно 100 тис. світлових років, товщина в центральній частині — 12 тис. світлових років. В центрі диска, біля сузір'я Стрільця, розташоване ядро, яке складається з малих і великих зірок різної яскравості. В боки від диска відходять спіральні відгалуження, або рукава. Спіральні гілки складаються з молодих зірок, зоряних скупчень, хмар іонізованих газів водню та величезних хмар темної пилової матерії. Сонце знаходиться зліва від ядра в центральній площині галактики, на відстані 2/3 її радіуса (рис. 1). Вся внутрішня система (в тому числі і Сонячна) обертається навколо ядра приблизно за 200 млн років. Зовнішня частина Нашої Галактики рухається повільніше, оскільки ядро Галактики не переважає за масою інші її частини, як, наприклад, Сонце, яке незрівнянно більше за усі планети разом узяті.

собі такий зачинений Всесвіт, який не має межі, але

має скінченний об’єм і, отже, обмежену кількість зір та галактик. У такому Всесвіті немає центра, всі точки в ньому рівноправні й у всіх напрямах простір однорід­ний. На практиці важко перевірити, у якому просторі мешкають якісь істоти, і дізнатися, чи простір є скін­ченним. Якщо простір зачинений, то мандрівник, подо­рожуючи в одному напрямку, може зробити кругосвітню мандрівку і повернутись у точку старту. В історії земної цивілізації першу таку подорож зробив Магеллан, який довів, що поверхня Землі є зачиненим двови­мірним простором.
У тривимірному Всесвіті космонавти ніколи не зможуть завершити таку навколосвітню мандрівку, тому перевірку можна зробити тільки за допомогою теоретичних міркувань, які ми розглянемо в наступ­ному параграфі.
Коло може служити моделлю без­межного одновимірного світу, який має скінченну довжину. У такому просто­рі можна зробити навко­лосвітню мандрівку і вер­нутися на місце старту
Сфера може бути моделлю двовимір­ного безмежного світу, який має скінченну пло­щу. У такому просторі теж можна здійснити кру­госвітню подорож — так Магеллан довів, що по­верхня Землі не має межі
Всесвіт має складну комірчасту структуру, у якій відбувається гравітаційна взаємодія всіх космічних тіл. Навколо зір обертаються інші зорі й планети. Крім того, зорі утворюють величезні скупчення, які налічують сотні тисяч і мільйони об’єктів. У спільному полі тяжіння галактик знаходяться уже сотні мільяр­дів зір, які обертаються навколо спільного центра. Галактики теж утворюють окремі скупчення, які розміщені у великому масштабі не хаотично, а утворюють дуже дивні структури, що нагадують величезні сітки з волокон. Ми живемо у Всесвіті, який розширюється у безмежному просторі.

тео­рія відносності А. Ейнштейна допомогла астрономам збагнути розлітання галактик,

яке свідчить про те, що сам Всесвіт не залишається сталим у часі — він змінює свої параметри. Якщо відстань між галактиками зараз збільшується, то раніше вони знаходилися ближче одна до одної. За допомогою сталої Габбла можна підрахува­ти, коли всі галактики до початку розширення могли знаходитись в одній точці. Моментом початку розши­рення Всесвіту є дивний Великий Вибух, який пов’яза­ний з віком Т Всесвіту: Т = 1/Н.
За сучасними даними стала Габбла Н дорівнює 70 км/(с·Мпк), тобто Великий Вибух міг відбутися приблизно 15 млрд років тому. Якщо врахувати, що вік нашої Галактики не може бути меншим за вік найстаріших кулястих зоряних скупчень, що існують вже понад 13 млрд років, то цю цифру можна також вважати за нижню межу віку нашого Всесвіту.
Великий Вибух — дивний процес при за­роджені Всесвіту, ко­ли почалося загадкове розширення космічно­го простору й утворен­ня елементарних частинок, атомів та великих космічних тіл.

в історії Всесвіту. Всесвіт на початку існуван­ня мав настільки

маленькі розміри, що тоді не було ні га­лактик, ні зір і навіть ще не існували елементарні частин­ки. Густина та температура новонародженого Всесвіту досягали таких фантастичних значень, що вчені навіть не можуть визначити, у якому стані при цьому перебувала матерія. Цей початковий момент народження Всесвіту на­зивають сингулярністю (від латин. — єдиний).
Сингулярність — по­чатковий момент при за­родженні Всесвіту, коли густина і температура матерії сягали надзви­чайно великих значень.
Потім гу­стина і температура Всесвіту почали знижуватись і стали утворюватися елементарні частинки, атоми і галактики. Усю історію нашого Всесвіту можна розділити на чотири ери — андронна, лептонна, випромінювання та речовини (таблиця).
З філософської точки зору між елементарними частинками та електромагнітними хвилями немає суттєвої різниці, бо все суще у природі є матерією. Але з фізичної точки зору принципова різниця між цими видами матерії полягає в тому, що швидкість елемен­тарних частинок (електронів, протонів та нейтронів), з яких утворені зорі, планети і, нарешті, ми з вами, ніколи не може досягти швидкості світла, в той час як кванти електромагнітних хвиль ніколи не можуть мати швидкість меншу від швидкості світла.

з перемичкою діаметром близько 30 кілопарсек (або 100 000

світлових років) і товщиною 1000 світлових років (до 3000 в районі балджа[33]). Сонце з Сонячною системою знаходяться всередині галактичного диску, наповненого пилом, що поглинає світло. Тому на небі ми бачимо смугу зір, але клоччасту, що нагадує згустки молока. Через поглинання світла Чумацький Шлях як галактика вивчений не до кінця: не побудована крива обертання, до кінця не з'ясований морфологічний тип, невідоме кількість спіральних рукавів і т. д. Галактика містить близько 3×1011 зір[34], а її загальна маса становить близько 3×1012 мас Сонця.
Велику роль у вивченні Чумацького Шляху відіграють дослідження скупчень зірок — відносно невеликих гравітаційно зв'язаних об'єктів, що містять від сотень до сотень тисяч зірок. Їх гравітаційна зв'язаність, ймовірно, викликана єдністю походження. Тому, виходячи з теорії еволюції зірок і знаючи розташування зірок скупчення на діаграмі Герцшпрунга — Рассела, можна розрахувати вік скупчення. Скупчення поділяються на розсіяні і кулясті.

форму, концентруються до центру Галактики. Окремі кулясті скупчення можуть

мати вік понад 12 млрд років.

Розсіяні — відносно молоді скупчення, мають вік до 2 млрд років, в деяких ще йдуть процеси зореутворення. Найяскравіші зорі розсіяних скупчень — молоді зорі спектральних класів B або A, а в самих молодих скупченнях ще є блакитні надгіганти (клас O).

Внаслідок своїх невеликих (щодо космологічних масштабів) розмірів, зоряні скупчення безпосередньо можуть спостерігатися лише в Галактиці і її найближчих сусідах.

Ще один тип об'єктів, доступний для спостереження тільки в околицях Сонця, — подвійні зорі. Значимість подвійних зір для дослідження різних процесів, що відбуваються в галактиці, пояснюється тим, що завдяки їм можливо визначити масу зорі, саме в них можна вивчити процеси акреції. Нові та наднові типу Ia — це теж результат взаємодії зір у тісних подвійних системах.