79. Строение нашей Галактики

Галактика Млечный Путь (или просто Галактика) — гигантская звёздная система, в которой находится Солнечная система, все видимые невооружённым глазом отдельные звёзды, а также огромное количество звёзд, сливающихся вместе и наблюдаемых в виде млечного пути. Млечный Путь — одна из многочисленных галактик Вселенной. Является спиральной галактикой с четырьмя рукавами и перемычкой типа SBb по классификации Хаббла, и вместе с галактикой Андромеды (M31) и галактикой Треугольника (М33), а также несколькими меньшими галактиками-спутниками образует Местную группу галактик, которая, в свою очередь, входит в Сверхскопление Девы. Галактика Млечный Путь представляет собой огромную сплюснутую систему, симметричную относительно главной плоскости и состоящую из более чем 150 млрд. звёзд, разреженного газа, пыли и космических лучей. Поперечник Галактики составляет около 30 кпк (100 тыс. св. лет). Важнейшими элементами структуры Галактики являются сферическая составляющая, центральное сгущение (балдж), звёздно-газово-пылевой диск, спиральные рукава (ветви). Центр Галактики при наблюдении из Солнечной системы проецируется в созвездие Стрельца.

• Толщина звёздного диска составляет 500–600 пк.

• По направлению к центру Галактики, а также по мере приближения к её плоскости звёздная плотность возрастает и в центре составляет 10⁵–10⁶ звёзд в пк³, при этом в окрестности Солнца звёздная плотность всего 0,12 пк^–3.

80. Балдж и галактический центр

В средней части Галактики находится утолщение (балдж), составляющее около 5 кпк в поперечнике. В галактической плоскости сосредоточено большое количество межзвёздной пыли, благодаря которой свет, идущий от галактического центра, ослабляется в 10¹² раз. Поэтому центр невидим в оптическом диапазоне. Галактический центр наблюдается в радио-, ИК, рентгеновском и гамма-диапазонах. Масса центрального скопления составляет примерно 10⁹ Мсолнца. Ядра галактик являются центрами их конденсации и начального звёздообразования. Там должны находиться самые старые звёзды. По всей видимости, в самом центре ядра Галактики находится сверхмассивная чёрная дыра (Стрелец А*) массой около 3,7·10⁶ Мсолнца, что показано исследованием орбит близлежащих звёзд

81. Плоская составляющая Галактики и звёздный диск.

Звёздный диск содержит основное количество звёзд Галактики. Толщина диска составляет несколько сотен пк. В диске Галактики находится Солнце и практически все звёзды, наблюдаемые невооружённым глазом. В экваториальной плоскости диска концентрируются наиболее молодые объекты Галактики – звёзды ранних спектральных классов О и В, классические цефеиды, сверхновые второго типа, пыль и газ. Все эти объекты образуют наиболее тонкий диск (плоскую составляющую Галактики) толщиной 100–200 пк. Старые звёзды и связанные с ними планетарные туманности образуют более толстый диск (звёздный диск Галактики).

82. Рукава Галактики

Галактика относится к классу спиральных галактик, что означает, что у Галактики есть спиральные рукава (ветви), расположенные в плоскости диска. Именно в рукавах находятся наиболее молодые объекты (массивные концентрации газа и молодых звёзд) звёздного диска Галактики.

Рукав Персея, Рукав Стрельца, Рукав Ориона, Рукав Центавра, Рукав Лебедя.

83. Сферическая составляющая и гало Галактики

Сферическая составляющая включает старые звёзды и шаровые звёздные скопления, окружённые очень разреженным горячим слабо намагниченным газом. Гало Галактики — невидимый компонент Галактики сферической формы, который простирается за видимую часть Галактики. В основном состоит из разреженного газа, звёзд и тёмной материи. Последняя составляет основную массу Галактики.

84. Пузыри Ферми

Пузыри Ферми (Fermi Bubbles) открыты в 2010 году в результате наблюдений в γ-диапазоне с помощью «Космического телескопа им. Ферми» (Fermi Gamma-ray Space Telescope). Пузыри Ферми – результат обратного комптоновского рассеяния (уменьшение длины волны излучения при рассеянии фотонов на движущихся электронах).

85. Положение и движение Солнечной системы в Галактике

Солнце расположено на 20–25 пк выше плоскости симметрии нашей Галактики и удалено от центра на расстояние 7,5–8 кпк (26 000 св. лет). Солнце совершает один оборот вокруг центра Галактики примерно за 225 — 250 миллионов лет. Орбитальная скорость Солнца равна 217 км/с. Т.о., Солнце проходит один световой год за 1400 земных лет, а одну а.е. за 8 земных суток.

86. Проблема вращения галактик

Звёзды вращаются вокруг центра Галактики с постоянной скоростью в большом диапазоне расстояний от центра галактики, причём гораздо быстрее, чем ожидалось, если бы они находились в потенциале Ньютона. Проблема вращения галактик – это несоответствие между наблюдаемыми скоростями вращения материи в дисковых частях спиральных галактик и предсказаниями классической динамики, учитывающими только видимую массу. В настоящее время считается, что это несоответствие выдаёт присутствие «тёмной материи», которая пронизывает Галактику и простирается до галактического гало.

87. Вириальный парадокс.

Суммарная масса галактик меньше вириальной массы скопления (вириальный парадокс): , где вириальная масса.

Для разрешения вириального парадокса, объяснения кривых дифференциального вращения галактик и некоторых других явлений необходимо наличие в галактиках и их скоплениях значительных масс скрытого (тёмного, т.е. несветящегося) вещества. По современным данным средняя плотность наблюдаемого вещества составляет 3·10^–31 г/см³, а средняя плотность Вселенной на два порядка больше (10^–29 г/см³).

88. Тёмная (скрытая) масса и её возможные носители

Для многих галактик масса, определённая по скоростям собственного движения галактик в скоплении, оказывается заметно больше массы, определённой по общей светимости галактик. Массу скопления, определённую на основе теоремы вириала, называют вириальной. Как известно, для связанной стационарной системы выполняется теорема вириала: кинетическая энергия равна половине модуля потенциальной энергии. Для частицы массой m, обращающейся по круговой орбите вокруг центральной массы М:

Если известны размер скопления R и дисперсия скоростей галактик v, то можно получить оценку вириальной массы скопления:

Другой способ определения массы скопления состоит в том, что полную наблюдаемую светимость скопления умножают на стандартное отношение масса/светимость, найденное независимо для отдельных галактик. Такое отношение различно для галактик различных типов, но если известно, что в данном скоплении преобладают галактики какого-то определённого типа, то суммарную массу этих галактик таким способом действительно можно оценить

Носители: В качестве возможных носителей тёмной массы в настоящее время рассматриваются объекты барионной и небарионной природы. Барионное вещество (макроскопические объекты) – массивные объекты гало галактик (Massive Astrophysical Compact Halo Objects, MACHO), к которым относятся слабоизлучающие компактные объекты, в первую очередь маломассивные звёзды — коричневые карлики, очень массивные юпитероподобные планеты, масса которых недостаточна для инициирования термоядерных реакций в их недрах, а также остывшие белые карлики, нейтронные звёзды и чёрные дыры. Скрытая масса, состоящая из барионного вещества, должна составлять около 3% плотности Вселенной. Ещё примерно 23% плотности Вселенной приходится на небарионную тёмную материю, не участвующую в сильном и электромагнитном взаимодействии. Она наблюдается только в гравитационных эффектах.