§ 26. Підсистеми Галактики

і її спіральна структура

1. Типи населення Галактики. Подання про населення Галактики ввів в 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 таку ж структуру має й Чумацький Шлях. Об'єкти спіральних рукавів галактичного диска були названі населенням I типу. А зірки гало, які концентруються симетрично щодо центра системи, — населенням II типу.

До населення I типу ставляться, зокрема, зірки неуважних скупчень, до населення II типу - зірки кульових скупчень. У наш час зірки спіральних рукавів (населення I типу) ототожнюють із плоскої складової, а зірки гало (населення II типу) - зі сферичної складової нашої Галактики (мал. 26.1). Як показали сучасні дослідження, два типи зоряного населення відрізняються не тільки просторовим розподілом, але й хімічним складом — зірки кульових скупчень (населення II типу) містять приблизно в 100-300 разів менше металів, ніж зірки спіральних гілок (населення I типу).

Імовірно, кульові скупчення зберегли первісний хімічний склад догалактичної хмари (або системи хмар), з якої вони формувалися, як частина Галактики. В подальшому розвитку догалактичної хмари, що займала сферичний об'єм, стискувалося, формуючи обертовий диск. Газ, що відразу не сконденсувався в зірки, при обертанні Галактики поступово осідав до її площини. При цьому в ньому йшло формування інших зірок, які розташовувалися ближче до площини Галактики. Масивні зірки «кожного наступного покоління » швидко проходили всі етапи свого еволюційного шляху, спалахували як наднові зірки й поповнювали міжзоряне газово-пилове середовище важкими хімічними елементами. З неї формувалися всі нові зірки. Таким чином, кожне наступне покоління зірок у спіральних рукавах усе більше збагачувалося важкими хімічними елементами.

Разом з тим, еволюціонували й зірки кульових скупчень. Їхні масивні зірки давно припинили своє існування, а молоді через відсутність речовини не утворилися. Тому там залишилися тільки старі зірки малих мас, вік яких - 10-12 млрд років, а також, напевно, білі карлики, нейтронні зірки, чорні діри.

Таким чином, розподіл Галактики на населення різних типів має глибокий еволюційний зміст і відображає різне походження плоскої й сферичної складових.

2. Гало, диск й ядро Галактики. Гало або корона Галактики (I, мал. 26.1) складається в основному з газу, газових хмар і дуже старих неяскравих зірок як одиночних, так і зібраних у кульові скупчення. Концентруючись до центра Галактики, вони утворять так званий балдж (англ. — «стовщення») у межах декількох тисяч світлових років від нього (II, мал. 26.1). Рухаючись по витягнутих еліптичних орбітах, зірки гало дуже повільно обертаються навколо центра Галактики.

За останніми даними Космічного телескопа ім. Хаббла, радіус гало досягає 300 000 св. л. Саме цим радіусом й окреслюються кордони Галактики.

У порівнянні з гало д и с до (III, мал. 26.1) обертається набагато швидше. Швидкість його обертання, обумовлена швидкістю руху зірок, не однакова на різних відстанях від центра. Вивчаючи особливості обертання диска, можна визначити його масу. Виявилося, що діаметр диска -100 000 св. л., товщина центральної зони - 10 000 св. л., маса -150 млрд М_Θ при загальній кількості зірок близько 400 млрд.

Поблизу площини диска перебуває багато молодих зірок і зоряних скупчень не старше 1 млрд років. Газ у диску також зосереджений біля його площини. У середньому хімічний склад зоряного населення в диску такий ж, як й у Сонця.

Ядро Галактики повністю приховано від нас товстим шаром поглинаючої матерії. У деякому змісті «наблизитися» до нього вдалося завдяки спостереженням в інфрачервоному діапазоні. Розрахунки показують, що на відстані від центра Галактики до Сонця інфрачервоне випромінювання слабшає всього в 10 разів, тоді як у видимому діапазоні — в 10¹² раз, тобто на 30^m.

Можна стверджувати, що діаметр ядра Галактики досягає 4 000 св. л. Для нього типова дуже велика концентрація зірок - багато тисяч на кубічний світловий рік. Крім цього, у центральних областях ядра спостерігається газовий диск радіусом в 1 000 св. л. Ближче до центра перебувають зони іонізованого водню й численні джерела рентгенівського й інфрачервоного випромінювання, що свідчить про інтенсивний процес формування зірок.

Відповідно до однієї з гіпотез, у центрі Галактики перебуває одиночна або подвійна чорна діра масою близько 10⁶М_Θ, оточена щільним газово-пиловим диском. У центрі Галактики перебуває також яскраве радіоджерело Стрілець А, походження якого зв'язують із активністю ядра. Втім, дослідження ядра Галактики тільки почалося.

3. Спіральна структура Га л а к т и к . Припущення, відповідно до якого наша Галактика — це система спіральних рукавів, було висловлено в середині XIX в. И тільки через сто років під час дослідження розподілу в просторі неуважних зоряних скупчень виявилося, що вони вкладаються в три вузькі смуги, які можна вважати частинами спіральних рукавів.

Н аша Галактика має добре виражену спіральну структуру (мал. 26.2). Якийсь час існувало припущення, що Галактика складається із чотирьох спіралей, однак зараз доведено, що їх дві.

На відміну від гало, де прояву зоряної активності надзвичайно рідкі, у спіральних рукавах відбувається «бурхливе життя»: речовина безперервно переходить із міжзоряного простору в зірки під час їхнього формування й у зворотному напрямку на заключних стадіях еволюції.

Магнітне поле Галактики також зосереджено головним чином у спіралях. За сучасними уявленнями, спіральні рукави в Галактиці утворяться завдяки наявності в центрі системи певного перекручування форми, наприклад, через наявність перемички в ядрі, що обертається як тверде тіло.

4. Місце Сонця в Галактиці. На відстані приблизно 3 000 св. л. від Сонця можна простежити ділянки двох спіральних рукавів. По назвах сузір'їв, у яких вони спостерігаються, їх називають рукавом Стрільця й рукавом Персея. Сонце перебуває майже точно посередині між ними. Правда, недалеко від Сонця, у сузір'ї Оріона, перебуває ще один, не так явно виражений спіральний рукав, що вважається розгалуженням одного з основних спіральних рукавів.

За різними оцінками, відстань від Сонця до центра Галактики становить 22-33 тис. св. л. (мал. 26.2). Щодо найближчих зірок Сонце рухається зі швидкістю не більше 20 км/с у напрямку сузір'я Геркулеса. Разом з усіма близькими зірками Сонце обертається навколо центра Галактики, рухаючись у напрямку сузір'я Лебедя зі швидкістю близько 250 км\с.

Період обігу Сонця навколо центра Галактики становить приблизно 220 млн років і називається галактичним роком.

Окремі зірки й спіральні рукави рухаються навколо центра Галактики з різними швидкостями. Кожна зірка то попадає в спіральний рукав, то виходить із нього. І тільки Сонце перебуває в такому місці, де його швидкість навколо центра Галактики практично збігається зі швидкістю спірального рукава.

Така ситуація в загальному неординарна для Галактики. Саме на цій відстані від центра за всю історію свого існування Сонце жодного разу не потрапило в спіральні рукава. Для Землі це вкрай сприятливо, тому що якби ми потрапили в спіральний рукав, бурхливі процеси зореутворення, що породжують смертоносне випромінювання, знищили б все живе на Землі. Отже, наша планета існує у відносно спокійному місці Галактики протягом мільярдів років, не підпадаючи під катастрофічний вплив космічних катаклізмів. Можливо, саме тому на Землі збереглося життя.

Протягом тривалого часу положення Сонця серед зірок вважалося самим звичайним. Сьогодні ми знаємо, що це не так: у певному сенсі воно привілейовано. І це необхідно враховувати, обмірковуючи можливість життя в інших частинах нашої Галактики.

1. У чому принципова різниця об'єктів населення I й II типу?

2. Який еволюційний зміст мають окремі підсистеми в Галактиці?

3. Розкажіть про можливу причину формування спіральних рукавів Галактики.

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

У підсумку вивчення теми VI «НАША ГАЛАКТИКА»

необхідно знати:

• Чумацький Шлях - це видима частина Галактики.

Галактика складається із зірок, зоряних скупчень, міжзоряного газу, різноманітних полів і випромінювань.

• Сонячна система належить Галактиці й перебуває ближче до її периферії, ніж до центра.

• У Галактиці є зоряні населення I й II типів.

• Галактика має добре розвинену спіральну структуру.

Основоположниками космології — науки про Всесвіт у цілому, про закони її будови й розвитку — були давньогрецькі філософи. Але, ввівши поняття нескінченного простору й нескінченного часу, вони не змогли піти у своїх міркуваннях далі. Їх же співвітчизники замінили подання про нескінченний простір сферою зірок цілком певного радіуса.

Успіхи сучасної астрономії у визначенні особливостей будови й розвитку доступної для спостережень Вселеної вражаючі. І все-таки, як і стародавнім грекам і римлянам, Всесвіт ще не розкрився перед нами всіма своїми гранями й всім буйством буття. Римський філософ I в. н.е. Сенека писав: «Успіхи наші більші. Але нашим нащадкам залишиться більшість істин, ще не відкритих».