Галактики и вселенные

Галактики.
Виды галактик и их эволюция.
Существует четыре основных вида галактик:
Эллиптические галактики (E) — галактики, у которых дисковой составляющей нет, либо она слабоконтрастна. Все остальные галактики дисковые.
Спиральные галактики (S) — галактики, обладающие спиральными ветвями. Иногда ветви могут вырождаться в кольца.
Линзовидные галактики (S0) — галактики, по своей структуре не отличающиеся от спиральных, за исключением отсутствия чёткого спирального узора. Объясняется это низким содержанием межзвёздного газа, а значит, и низким темпом звездообразования.
Неправильные галактики (Irr) — для них характерна неправильная клочковатая структура. Как правило, в них очень много межзвёздного газа, до 50 % от массы галактики.
Рисунок 1. Виды галактик: а - эллиптическая, б – спиральная, в – линзовидная, г – неправильная.
С момента зарождении галактика начинает сжиматься. Сжатие галактики длится около 3 млрд лет. За это время происходит превращение газового облака в звездную систему. Звезды образуются путем гравитационного сжатия облаков газа. Когда в центре сжатого облака достигаются плотности и температуры, достаточные для эффективного протекания термоядерных реакций, рождается звезда. В недрах массивных звезд происходит термоядерный синтез химических элементов тяжелее гелия. Эти элементы попадают в первичную водородно-гелиевую среду при взрывах звезд или при спокойном истечении вещества со звездами. Элементы тяжелее железа образуются при грандиозных взрывах сверхновых звезд. Таким образом, звезды первого поколения обогащают первичный газ химическими элементами, тяжелее гелия. Эти звезды наиболее старые и состоят из водорода, гелия и очень малой примеси тяжелых элементов. В звездах второго поколения примесь тяжелых элементов более заметная, так как они образуются из уже обогащенного тяжелыми элементами первичного газа.
Процесс рождения звезд идет при продолжающемся сжатии галактики, поэтому формирование звезд происходит все ближе к центру системы, и чем ближе к центру, тем больше должно быть в звездах тяжелых элементов. Этот вывод хорошо согласуется с данными о содержании химических элементов в звездах гало нашей Галактики и эллиптических галактик. Во вращающейся галактике звезды будущего гало образуются на более ранней стадии сжатия, когда вращение еще не повлияло на общую форму галактики. Свидетельствами этой эпохи в нашей Галактике являются шаровые звездные скопления.
Когда прекращается сжатие протогалактики, кинетическая энергия образовавшихся звезд диска равна энергии коллективного гравитационного взаимодействия. В это время, создаются условия для образования спиральной структуры, а рождение звезд происходит уже в спиральных ветвях, в которых газ достаточно плотный. Это звезды третьего поколения. К ним относится наше Солнце.
Запасы межзвездного газа постепенно истощаются, рождение звезд становится менее интенсивным. Через несколько миллиардов лет, когда будут исчерпаны все запасы газа, спиральная галактика превратится в линзообразную, состоящую из слабых красных звезд. Эллиптические галактики уже находятся на этой стадии: весь газ в них израсходован 10-15 млрд. лет назад.
В итоге все галактики во Вселенной со временем становятся гравитационно связанными друг с другом и объединяются в гигантские эллиптические галактики. Астрономы встречали подобные «ископаемые», хорошим примером которых является Messier 49, сверхмассивная эллиптическая галактика.
Информация о нашей галактике: строение, основные элементы, скопление звезд и газов в галактике, туманности, рукава.
В Галактике Млечный путь находится Солнечная система, Земля и все звезды, которые видны невооруженным глазом. Вместе с Галактикой Треугольника, Андромеды и карликовыми галактиками и спутниками она формирует Местную группу галактик, входящую в Сверхскопление Девы. Млечный путь – это спиральная галактика с перемычкой. В центральных участках Галактики Млечный путь собрано большое количество звезд. Расстояние между ними намного меньше, чем в окрестностях Солнца. Длина галактической перемычки по подсчетам ученых составляет 27 тыс. световых лет. Она проходит через центр Млечного пути под углом в 44 градуса ± 10 градусов к линии между центром галактики и Солнцем. Ее составляющая – это преимущественно красные звезды. Перемычка окружена кольцом, которое называется «Кольцо в 5 килопарсек». Оно содержит большое количество молекулярного водорода. Также это активный регион звездообразования в Галактике. Если наблюдать из галактики Андромеды, то перемычка Млечного пути была бы его яркой частью.
Галактика является гравитационно-связанной космической системой: силы тяготения играют решающую роль в ее существовании и наряду с силами инерции и силами электромагнитной природы определяют структуру и основные свойства Галактики. Наша Галактика - спиральная система массой 3. 1012 М, диаметром порядка 100000 св.лет и светимостью 2-4·1010 L. Галактика состоит из 200-350 миллиардов звезд и множества других космических объектов: более 6000 галактических молекулярных облаков, содержащих в себе до 50% межзвездного газа, туманностей, планетных тел и их систем, нейтронных звезд, белых и коричневых карликов, черных дыр, космической пыли и газа. Диск Галактики пронизан крупномасштабным магнитным полем, удерживающим частицы космических лучей и заставляющим их двигаться вдоль магнитных линий по винтовым траекториям. 85-95% видимой массы Галактики сосредоточено в звездах, 5-15% - в межзвездном диффузном газе. Массовая доля тяжелых элементов в химическом составе Галактики составляет 2%. Возраст Галактики 13,7 ± 0,8 млрд. лет. Большая часть звезд Галактики образовалась свыше 9 млрд. лет назад. У Галактики есть спиральные рукава, расположенные в плоскости диска. Диск погружён в гало сферической формы, а вокруг него располагается сферическая корона. Солнечная система находится в 8,5 тыс. парсек от центра галактики. По последним наблюдениям можно сказать, что наша Галактика имеет 2 рукава и еще пару рукавов во внутренней части. Они переходят в четырехрукавную структуру, которая наблюдается в линии нейтрального водорода.
Рисунок 2. Рукава Галактики Рисунок 3. Схематическое изображение профиля галактики
В настоящее время считается, что наша Галактика имеет почти полный запас водорода, и формирование звезд продолжится, пока он истощается. Звезды, подобные Солнцу, могут просуществовать около 10 миллиардов лет, но самые маленькие красные карлики смогут жить несколько триллионов лет.
Эллиптические галактики.
У такой галактики нет рукавов. Она похожа на эллипс. Подобные системы могут быть сжатыми в разной степени, представлять собой нечто вроде линзы либо же шара. В таких галактиках практически не встречается холодный газ. Наиболее впечатляющие представители этого типа заполнены разреженным жарким газом, температура которого добивается миллиона градусов и выше. Отличительная черта многих эллиптических галактик — красноватый оттенок. Длительное время астрологи полагали это признаком древности таких систем. Считалось, что они в главном состоят из старых звезд. Однако исследования последних десятилетий показали ошибочность этого предположения.
Наиближайшие к нам галактики.
Рисунок 3. Соседние с нами галактики: а- Туманность Андромеды, б - Большое Магелланово Облако, в -Малое Магелланово Облако.
Туманность Андромеды находится на расстоянии 2,5 млн. световых лет (772 килопарсек) от нас, а ее масса составляет 300 млрд. масс Солнца. В ее состав входит около триллиона звезд (для сравнения: в составе Млечного Пути - около 100 млрд звезд). Вторая ближайшая к нам спиральная галактика - М33. Она находится в созвездии Треугольника и удалена от нас на 2,4 млн. световых лет. Из ближайших к нам неправильных галактик наибольший интерес представляют две: Большое и Малое Магеллановы Облака. Большое Магелланово облако находится в созвездии Золотой Рыбы. Оно удалено от нас на 170 тысяч световых лет (50 килопарсек), его диаметр 20 тысяч световых лет, и оно содержит порядка 30 миллиардов звезд. Малое Магелланово Облако в 3 раза меньше Большого и тоже напоминает собою пересеченную спиральную галактику. Оно расположено в созвездии Тукана, по соседству с Золотой Рыбой. Расстояние от нас до этой галактики 210 тысяч световых лет (60 килопарсек).
Теория большого взрыва, эволюция вселенной, модели развития вселенной.
Согласно этой теории, Вселенная началась около 14 миллиардов назад с бесконечно высокой температуры и плотности в сингулярности Большого взрыва. По мере расширения Вселенной температура и интенсивность излучения убывали. Примерно через одну сотую долю секунды, после Большого взрыва температура составляла около 100 млрд градусов, а Вселенная была наполнена в основном фотонами, электронами, нейтрино (очень легкими частицами) и их античастицами, а также некоторым количеством протонов и нейтронов. В течение следующих трех минут Вселенная охладилась примерно до 1 млрд градусов, а протоны и нейтроны стали образовывать гелий, изотопы водорода и другие легкие элементы.
Сотни тысяч лет спустя, когда температура упала до нескольких тысяч градусов, электроны замедлились до такой степени, что легкие ядра смогли захватывать их, образуя атомы. Однако более тяжелые элементы, из которых мы состоим, такие как углерод и кислород, образовались лишь миллиарды лет спустя в результате горения гелия в ядрах звезд.
Модели развития Вселенной:
Теория Большого взрыва
Модель «Холодной Вселенной»
Инфляционная модель Вселенной
Модель расширяющейся Вселенной (Вселенная Фридмана, нестационарная Вселенная)Релятивистская модель Вселенной Эйнштейна (статистическая)Проблема внеземных цивилизаций.
Проблема внеземных цивилизаций относится к разряду нетипичных проблем. Внеземные цивилизации на данном этапе изучения проблемы - это идеальные объекты, конструируемые непосредственно в рамках научной картины мира как гипотетические элементы последней.
Современная наука позволяет сделать вывод о возможности зарождения жизни и ее развития до разумных существ во многих местах Вселенной на подходящих планетах подходящих звезд в нашей Галактике и в других галактиках.
Представления о существовании жизни вне Земли возникли в глубокой древности. В своих догадках об обитаемых мирах древние мыслители исходили их общих умозрительных представлений о беспредельности пространства. За свою многовековую историю идея о множественности миров по мере развития философских и научных знаний существенно трансформировалась.
С развитием астрономии аргументация в пользу множественности миров приобрела более конкретный характер. Основные аргументы в пользу существования внеземного разума сводятся к следующим положениям:
По современным космологическим концепциям возникновение звезд сопровождается формированием планетарных систем.
В Галактике существуют сотни миллиардов звезд, их них около 10% подобны Солнцу. У них возможны планетные системы. На некоторых из них возможны подходящие условия для возникновения жизни.
Если существуют благоприятные условия и имеется достаточно времени, то на планете должны возникнуть простейшие формы жизни.
За время порядка нескольких миллиардов лет жизнь, вероятно, станет более сложной. В некоторых случаях она подойдет к развитию разума, культуры, цивилизации.
Список источников:
А. В. Засов, К. А. Постнов. Галактики и скопления галактик // Общая астрофизика. — Фрязино: Век 2, 2006. — 496 с.
Стивен Хокинг / Три книги о пространстве и времени; пер. с англ. – СПб.: ЗАО «Торгово-издательский дом «Амфора», 2013. – 503 с.
Стивен Хокинг / Мир в ореховой скорлупке; пер. с англ. – СПб.: ЗАО «Торгово-издательский дом «Амфора», 2016. – 220 с.
Троицкий В.С. «Проблемы поиска жизни во Вселенной». М.: Наука, 1986.
http://www.astrotime.ru/galaxy.htmlhttp://kvant.space/galaktikihttps://in-space.ru/rozhdenie-i-evolyutsiya-galaktik/https://studfile.net/preview/7289399/page:3/