Підсистеми Галактики та її спіральна структура

Уявлення про населення Галактики увів 1944 р. німецький астроном В. Бааде (1893-1960). Спочатку воно стосувалося Туманності Андромеди (галактика М31). При її фотографуванні через синій і червоний світлофільтри він виявив, що плоский лінзоподібний диск цієї велетенської галактики занурений у більш розріджену зоряну хмару сферичної форми - гало. Оскільки туманність Андромеди дуже схожа на нашу Галактику, Бааде припустив, що подібну структуру має і Молочний Шлях.

Рисунок – Спіральна Галактика

Об'єкти спіральних рукавів галактичного диска було названо населенням І типу. А зорі гало, які концентруються симетрично щодо центра системи, - населенням II типу.

Населенням І типу із плоскою складовою,а зорі гало (населення II типу) - зі сферичною складовою нашої Галактики. Як показали сучасні дослідження, два типи зоряного населення розрізняються не тільки просторовим розподілом, але й хімічним складом - зорі кулястих скупчень (населення II типу) містять приблизно у 100-300 разів менше металів, ніж зорі спіральних гілок (населення І типу).

Мабуть, кулясті скупчення зберегли хімічний склад тієї бідної на важкі хімічні елементи догалактичної хмари (чи системи хмар), з якої вони формувалися разом з Галактикою. У подальшому розвитку догалактична хмара, яка займала сферичний об'єм, стискалась, утворюючи диск, що обертався. Газ, який одразу не сконденсувався у зорі, при обертанні Галактики поступово осідав до її площини. Водночас у ньому йшло формування зір, які також розташовувались у площині Галактики. Масивні зорі галактичного диска швидко проходили всі етапи свого еволюційного шляху, спалахували як наднові й поповнювали міжзоряне газово-пилове середовище важкими хімічними елементами. З нього формувалися нові зорі. Отже, кожне наступне покоління зір у спіральних рукавах ставало багатшим на важкі хімічні елементи, ніж попереднє.

Водночас еволюціонували і зорі кулястих скупчень. Масивні зорі вже давно припинили своє існування, але молоді за відсутності матеріалу не утворились. Тому там залишилися тільки старі маломасивні зорі, вік яких оцінюється у 10-12 млрд років, а також, напевно, білі карлики, нейтронні зорі, чорні діри.

Таким чином, поділ на населення різних типів (підсистеми Галактики) має глибокий еволюційний зміст і відображає різне походження плоскої та сферичної складових.

Гало, диск і ядро Галактики. Гало або корона Галактики (І) складається в основному з газу, газових хмар і дуже старих неяскравих зір, як поодиноких, так і у вигляді кулястих скупчень. Концентруючись до центра Галактики, вони утворюють так званий балд ж (з англ. - «потовщення») у межах кількох тисяч світлових років від нього. Рухаючись по витягнутих еліптичних орбітах, зорі гало дуже повільно обертаються навколо центра Галактики.

Радіус гало, за останніми даними з Космічного телескопа ім. Габбла, сягає 300 000 св. р. Саме цим радіусом і окреслюються межі Галактики.

Порівняно з гало диск обертається набагато швидше. Швидкість його обертання, яка визначається швидкістю руху зір, не однакова на різних відстанях від центра. Вивчаючи особливості обертання диска, можна визначити його масу. Виявилося, що диск має діаметр 100 000 св. p., товщину центральної зони 10 000 св. p., масу 150 млрд Mq за загальної кількості зір 400 млрд.

Поблизу площини диска знаходиться дуже багато молодих зір і зоряних скупчень, не старіших за 1 млрд років.

До населення І типу належать, зокрема, зорі розсіяних скупчень, до населення II типу - зорі кулястих скупчень. У наш час зорі спіральних рукавів (населення І типу) ототожнюють зосереджений біля його площини. В середньому хімічний склад населення в диску такий же, як і в Сонця.

Ядро Галактики повністю приховане від нас товстим шаром поглинаючої матерії. Але певною мірою «наблизитись» до нього вдалося завдяки спостереженням в інфрачервоному діапазоні. Адже розрахунок показує, що на відстані від центра Галактики до Сонця інфрачервоне випромінювання послаблюється всього у 10 разів, тоді як у видимому діапазоні у 10² разів, тобто на 30™.

Отже, тепер можна стверджувати, що діаметр ядра Галактики сягає 4 000 св. р. Для нього типова дуже велика концентрація зір - багато тисяч на кубічний світловий рік. Окрім цього, в центральних частинах ядра спостерігається навколоядерний газовий диск радіусом у 1 000 св. р. Ближче до центра відмічено зони іонізованого водню і численні джерела рентгенівського та інфрачервоного випромінювання, що свідчить про інтенсивне зореутворення.

За однією з гіпотез, у центрі Галактики є одинарна або подвійна чорна діра з масою близько 106МR, оточена щільним газово-пиловим диском. В центрі Галактики є також яскраве радіоджерело Стрілець А, походження якого пов'язують з активністю ядра. Втім, дослідження ядра Галактики лише розпочалося.

Спіральна структура Галактики.

Припущення, за яким наша Галактика є системою спіральних рукавів, було висловлено в середині XIX ст. І лише через сто років під час дослідження розподілу в просторі розсіяних зоряних скупчень виявилося, що вони вкладаються у три вузькі смуги, які можна вважати частинами спіральних рукавів.

Наша Галактика має дуже добре виражену спіральну структуру. Певний час складалася думка, нібито в Галактиці чотири спіралі, однак зараз надійно доведено, що їх дві.

На відміну від гало, де прояви зоряної активності надзвичайно рідкісні, в спіральних рукавах триває бурхливе життя: речовина безперервно переходить з міжзоряного простору в зорі під час їхнього утворення і у зворотному напрямку на заключних стадіях еволюції.

Магнітне поле Галактики також зосереджене головним чином у спіралях. За сучасними уявленнями, спіральні рукави в Галактиці утворюються завдяки наявності в центрі системи певного спотворення її форми, наприклад, через наявність перемички в ядрі, яка обертається як тверде тіло. 4. Місце Сонця в Галактиці. В околицях Сонця можна прослідкувати ділянки двох спіральних рукавів, віддалених приблизно на 3 000 св.р. За назвами сузір'їв, де вони спостерігаються, їх називають рукавом Стрільця і рукавом Персея. Сонце знаходиться майже точно посередині між ними. Щоправда, недалеко від Сонця, в сузір'ї Оріона, проходить ще один, не так явно виражений рукав, який вважається розгалуженням одного з основних спіральних рукавів.

Відстань від Сонця до центру Галактики становить, за різними оцінками, 22-33 тис. св. р. Відносно найближчих зір Сонце рухається зі швидкістю 16 км/с в напрямку сузір'я Геркулеса. Разом з усіма близькими зорями Сонце обертається навколо центра Галактики в напрямку на сузір'я Лебедя зі швидкістю близько 250 км/с.

Період обертання Сонця навколо центра Галактики становить приблизно 200 млн. років і називається галактичним роком.

Спіральні рукави як ціле і окремі зорі рухаються навколо центра Галактики з різними швидкостями. Кожна зоря то потрапляє у спіральний рукав, то виходить із нього. І тільки Сонце знаходиться в такому її місці, де його швидкість навколо центра Галактики практично збігається зі швидкістю спірального рукава.

Така ситуація загалом неординарна для Галактики. Саме на цій віддалі від центра за. всю історію свого існування Сонце жодного разу не потрапило в спіральні рукави. Для Землі це вкрай сприятливо, бо якби ми потрапили в спіральний рукав, бурхливі процеси, що породжують смертоносне випромінювання, знищили б усе живе на Землі. Отже, наша планета існує у відносно спокійному місці Галактики впродовж мільярдів років, не відчуваючи катастрофічного впливу космічних катаклізмів. І, можливо, саме тому на Землі могло зберегтися життя.

Довгий час положення Сонця серед зір вважалося найзвичайнісіньким. Сьогодні ми знаємо, що це не так: у певному розумінні воно привілейоване. І це треба враховувати, обмірковуючи можливість життя в інших частинах нашої Галактики.

Спіральні гілки. Одним з найбільш помітних утворень в дисках галактик, подібних наший, є спіральні гілки (або рукави). Вони і дали назву цьому типу об'єктів - спіральні галактики. Спіральна структура в наший Галактиці дуже добре розвинена. Уздовж рукавів в основному зосереджені наймолодші зірки, багато розсіяних зоряних скупчень і асоціації, а також ланцюжки щільних хмар між зоряного газу, в яких продовжують утворюватися зірки. У спіральних гілках знаходиться велика кількість змінних і спалахуючих зірок, в них найчастіше спостерігаються вибухи деяких типів найновіших. На відміну від гало, де які-небудь прояви зоряної активності надзвичайно рідкісні, в гілках продовжується бурхливе життя, пов'язане з безперервним переходом речовини з міжзоряного простору в зірки і назад. Галактичне магнітне поле, яке пронизує весь газовий диск, також зосереджене головним чином в спіралях.

Рисунок – Спіральна галактика

Спіральні рукави Чумацького Шляху в значній мірі приховані від нас поглинаючою матерією. Докладне їх дослідження почалося після появи радіотелескопів. Вони дозволили вивчати структуру Галактики за спостереженнями радіовипромінювання атомів міжзоряного водню, що концентрується уздовж Довгих спіралей. По сучасних уявленнях, спіральні Рукави пов'язані з хвилями стиснення, що розповсюджуються по диску галактики. Проходячи через області стиснення, речовина диска ущільнюється, а утворення зірок з газу стає інтенсивнішим. Причини виникнення в дисках спіральних галактик такої своєрідної хвильової структури не цілком ясні. Над цією проблемою працюють багато астрофізиків.

Запитання для самоперевірки

1. У чому принципова різниця між об'єктами, що утворюють населення І і II типу?

2. Який еволюційний зміст мають окремі підсистеми в Галактиці?

3. Розкажіть про можливі причини формування спіральних рукавів Галактики.

4. Чому положення Сонця і Землі в Галактиці можна вважати привілейованим?