РЕФЕРАТ НА ТЕМУ
Просторовий розподіл галактик
Галактики. Різноманітність галактик
Галактиками називають велетенські зоряні системи, кількість зір в яких може досягати величини, сумірної з 1013. В астрономії прийнято маси великих об'єктів виражати в одиницях маси Сонця (MС = 1.99·10 г), а величезні відстані — у світлових роках (1 св. рік = 9.46·1015 м), парсеках (1 пк = 3.26 св. року), кілопарсеках (1 кпк = 103 пк) і мегапарсеках (1 Мпк = 106 пк). Маси галактик охоплюють інтервал 107— 1013)MС, а їхні розміри становлять від кількох сотень парсеків до сотень кілопарсеків. Крім зір, до складу галактик входить значна кількість газу й пилу. У галактиках міститься майже вся речовина Всесвіту, яка випромінює електромагнітні хвилі у видимій ділянці спектра. Астрономи припускають, що до галактик входить ще речовина, поки що недоступна для спостережень; вважається, що ця речовина не проявляє ніяких властивостей, крім гравітаційних. Дуже велика зоряна система, до якої входить Сонце з планетами, має назву Галактика. Вона містить майже 2·1011 зір. Діаметр диска Галактики перевищує 105 св. років, а товщина його становить 103 св. років.
Галузь астрономії, котра вивчає галактики (крім нашої), називається позагалактичною астрономією. Інтенсивне дослідження галактик розпочалося з 20-х pp. XX ст. Тоді видатний американський астроном Е. Хаббл (1889—1953) остаточно встановив, що спіральна туманність у сузір'ї Андромеди (Andromeda, And; тут і далі в дужках подано повну латинську назву сузір'я та прийняте в астрономії трибуквенне скорочення її) й деякі інші туманності спіральної форми мають позагалактичну природу (тобто розміщені за межами Галактики) та є велетенськими зоряними системами, схожими на Галактику — галактиками.
У Всесвіті виявлено дуже багато галактик. Вони бувають різноманітних типів. За зовнішнім виглядом астрономи розрізняють еліптичні (безструктурні, круглої або еліптичної форми), спіральні (мають два або більше спіральні рукави) й неправильні (які не мають симетрії форми) галактики. Це так звана морфологічна класифікація галактик. Згадана вище галактика в сузір'ї Андромеди (вислів типу «галактика X розміщена в сузір'ї У» означає, що вона проектується на зайняту даним сузір'ям ділянку небесної сфери) й наша Галактика належать до спіральних галактик. Проте є багато зоряних систем (тут і далі термін «зоряна система» є синонімом до «галактика»), які не вкладаються в цю класифікацію через особливості форми чи структури. Приміром, трапляються зоряні системи із формами, перехідними між еліптичним і спіральним типами. Ще один приклад — виявлено досить багато галактик з кільцями; ці кільця складаються із зір. Перший об'єкт такого типу відкрили американські астрономи на початку 80-х pp. XX ст. у сузір'ї Кита (Cetus, Cet). Дуже цікаві форми мають так звані галактики, іцо взаємодіють. У відносно близькій до нас частині Всесвіту до цього типу належить лише 5—10 % галактик. Проте, як показали сучасні спостереження, серед дуже віддалених від нас зоряних систем частка галактик, що взаємодіють, становить третину. У кожній із груп галактик названого типу зоряні системи розміщені близько одна відносно одної. Серед них трапляються галактики, оточені спільною оболонкою із зір або з'єднані перемичками. Близька до нас пара галактик, що взаємодіють, — NGC4038 і NGC4039; їх ще називають Антенними галактиками. Вони розміщені в сузір'ї Ворона (Corvus, Crv) на відстані 63 млн св. років від нас.
Тепер серед учених поширена думка, що в центрі майже кожної галактики розміщена дуже масивна чорна дірка. Згідно з оцінками маса кожної із таких чорних дірок належить інтервалові (106—109)МС. Наприклад, сучасні спостереження вказують на те, що в центрі Галактики є чорна дірка, маса якої становить (2.5-5)·106MС, а маса темного об'єкта в центрі галактики, що в сузір'ї Андромеди, оцінюється як (3-4) · 107MС. Чорні дірки проявляють себе гравітаційним впливом на зорі й міжзоряну матерію центральних частин галактик, а також випромінюванням у рентгенівському діапазоні спектра. Випромінюють, зрозуміло, не самі чорні дірки, а речовина, що падає в них. Учені виявили, що чим більше матерії містить галактика, тим більшу масу має чорна дірка, котра, як припускають, розміщена в її центрі. За однією з гіпотез про виникнення галактик надмасивнї чорні дірки, утворені в ранньому Всесвіті, стали ядрами, навколо яких згодом сформувалися галактики.
Групи й скупчення галактик. Місцева група галактик
Здебільшого галактики розміщені в просторі не поодиноко. Як і інші позаземні тіла, вони входять до угруповань різних розмірів і різного ієрархічного значення. Зі спостережень виявлено, що тільки невелика частка відомих галактик — одиночні. Решта ж зоряних систем утворюють подвійні та кратні системи, групи й скупчення. У перелічених системах галактик відстані між сусідніми об'єктами тільки в десятки разів більші від їхніх розмірів. Для порівняння можна вказати, що середні відстані між сусідніми зорями перевищують їхні діаметри в мільйони разів. Завдяки силам гравітаційного притягання угруповання галактик стійкі.
Багато великих галактик мають супутників. Супутники галактик — це відносно невеликі за розмірами й масою зоряні системи, що обертаються навколо «своїх» великих галактик. Наприклад, наша Галактика має багате сімейство галактик-супутників. Найбільші серед них неправильні галактики, що мають назви Велика Магелланова Хмара й Мала Магелланова Хмара. Перша з них розміщена в сузір'ї Золотої Риби (Dorado, Dor), а друга — у сузір'ї Тукана (Tucana, Tuc). Ці об'єкти названо на честь знаменитого португальського мореплавця Фернана Магеллана (приблизно 1480—1521) — одного з перших європейців, які досліджували південні широти Землі. Обидві ці галактики можна бачити неозброєним оком у Південній півкулі Землі. їхні кутові діаметри становлять відповідно 470' і 216', а лінійні діаметри — 7 і 4 кпк (для порівняння: лінійний діаметр Галактики дорівнює 25 кпк). Велика Магелланова Хмара віддалена від центра Галактики на 1.6·105 св. років, а Мала Магелланова Хмара — на 1.8·105 св. років. Результати обробки недавно проведених спостережень вказують на те, що Велика Магелланова Хмара обертається навколо Галактики по майже коловій орбіті. Одну з невеликих галактик-супутників нашої зоряної системи було відкрито відносно недавно, 1994 p., у сузір'ї Стрільця (Sagittarius, Sgr). її відстань від центра Галактики становить 504 св. років, тобто вона майже втричі ближча до Галактики, ніж Велика Магелланова Хмара. Крім названих об'єктів, сімейство Галактики охоплює майже півтора десятка карликових еліптичних і декілька невеликих неправильних галактик, а також декілька позагалактичних кульових скупчень.
Розгляньмо сімейство ще однієї великої галактики, розміщеної в сузір'ї Андромеди. Цю згадувану вище спіральну зоряну систему ще називають Туманністю Андромеди. Офіційна її назва — об'єкт М31 у каталозі Ш. Мессьє або об'єкт NGC224 у «Новому загальному каталозі» Й. Дрейєра. Туманність Андромеди можна побачити неозброєним оком. Із великих зоряних систем вона є найближчою до Галактики. Відстань між ними тепер становить 2.9 106 св. років. Туманність Андромеди й Галактика рухаються назустріч одна одній. Зоряна система М31 має декількох невеликих супутників, серед яких — карликова еліптична галактика NGC205.
Ми розглянули приклади сімейств великих галактик. Галактика з супутниками — одна з ланок в ієрархії угруповань зоряних систем. Наступною ланкою є так звані групи галактик (вони охоплюють декілька великих за розмірами зоряних систем і більшу кількість невеликих галактик) і скупчення галактик (вони містять сотні й тисячі членів). Найбільше досліджено групу галактик, до якої входить наша зоряна система. Ця група має назву Місцева група галактик (деколи її називають Місцевою системою галактик). Першим, хто вказав на можливість існування такого утворення як Місцева група галактик, був шведський астроном К.Е. Лундмарк (1889—1958). Місцева група галактик охоплює понад 40 зоряних систем різних розмірів і форм, в т. ч. Галактику й Туманність Андромеди з їхніми супутниками. Наша зоряна система й галактика М31 є найбільшими об'єктами Місцевої групи. Ще одна відносно велика галактика цієї групи розміщена в сузір'ї Трикутника (Triangulum, Тії); вона позначається М33 або NGC598. Переважна ж частина членів Місцевої групи — карликові галактики, що мають невеликі розміри й низьку світність. Довгий час учені вважали, що Туманність Андромеди є наймасивнішим об'єктом у Місцевій групі галактик, а її маса в півтора раза перевищує масу Галактики. Таким чином, вважалось, що в Місцевій групі галактик наша зоряна система за масою є на другому місці. Звідси, зокрема, випливало (з врахуванням того, що ці дві галактики найбільші у Місцевій групі), що центр мас Місцевої групи галактик розміщений у напрямку галактики М31 на 2/3 відстані від нас до неї. Проте останнім часом появились вказівки на те, що Галактика вдвічі масивніша від Туманності Андромеди, і є, таким чином, наймасивнішою в Місцевій групі.
Описана група галактик — не єдина у Всесвіті. Таких груп дуже багато. Сусідні з Місцевою групою галактик розміщені на відстані 2—5 Мпк від неї. Найближчою до Місцевої групи є група зоряних систем у сузір'ї Скульптора (Sculptor, Scl), до якої входить майже півтора десятка галактик. її ще називають Південною полярною групою, оскільки члени цієї групи на небесній сфері розміщені навколо південного полюса Галактики. Багато груп галактик виявлено на відстані 10—20 Мпк від Галактики.
Групи галактик — це відносно невеликі структурні об'єднання зоряних систем. Значно більшими за розмірами й кількістю членів є скупчення галактик: маса великого скупчення галактик може досягати 1015MС· Середня відстань між скупченнями становить 30 Мпс. Скупчення зоряних систем виявлено на різноманітних відстанях від Землі. У сузір'ї Діви (Virgo, Vir) розміщується найближче до нас велике скупчення галактик, яке має неправильну форму. До його складу входить майже 200 зоряних систем високої й середньої світності (переважна частина їх — спіральні), а також багато карликових галактик. Серед членів цього скупчення — велетенська еліптична радіогалактика Діва А. Розмір названого скупчення становить приблизно 5 Мпк; воно віддалене від Місцевої групи галактик на 15 Мпк. Скупчення галактик у сузір'ї Діви відкрив 1781 р. відомий французький астроном Ш. Мессьє (1730—1817)— автор першого в історії астрономії каталога туманностей. У той час про галактики ще не було відомо, а туманностями називали усі протяжні об'єкти небесної сфери, у яких при спостереженнях не розрізнялись зорі. Мессьє звернув увагу на те, що незвичайно багато «туманностей» (тепер ми знаємо, що це галактики) — майже два десятки — зосереджено на досить малій ділянці небесної сфери. Крім скупчень неправильної форми, у Всесвіті виявлено сферичні скупчення галактик; вони значно більші за розмірами від неправильних скупчень і простягаються на десятки Мегапарсеків. Як приклад можна назвати сферичні скупчення зоряних систем у сузір'ях Волосся Вероніки (Coma Berenices, Com) і Північної Корони (Corona Borealis, CrB). Відстань цих скупчень від нас становить відповідно 125 Мпк і 350 Мпк. Найдальші із виявлених скупчень галактик віддалені від нас на мільярди світлових років. Вони складаються, здебільшого, із спіральних галактик. Одне із таких скупчень розміщене на відстані 8 млрд св. років (2500 Мпк) від нас.