3.Спиральная структура

Исследование пространственного распределения ОВ-звезд и звездных ассоциаций, зон HII, скоплений ранних спектр. классов, долгопериодич. цефеид показало, что в окрестности Солнца (до 2-4 кпк) эти объекты распределены не равномерно, а образуют неск. сгущений вытянутой формы (рис. 7). В др. галактиках, похожих на нашу, такие объекты образуют спиральные ветви. Поэтому возникло естественное предположение, что в окрестности Солнца мы наблюдаем часть спиральной структуры Г.

Рис. 7. Распределение в плоскости Галактики молодых звёздных скоплении, областей (зон) HII и переменных звёзд-цефеид с большими периодами. Цифры на краях рисунка - галактические долготы.

Рис. 8. Распределение гигантских зон HII в плоскости Галактики. Оно лучше всего соответствует модели двухрукавной спиральной структуры. Штриховыми линиями отмечены те участки, где нет надёжного определения положения ветвей. Указаны положение Солнца (О) и центр Галактики (+).

Рис. 9. Распределение далёких пульсаров в плоскости Галактики. На это распределение наложены отрезки спиралей из рис. 8. Видно, что расположение пульсаров, как и зон HII, указывает на существование спиральных ветвей.

Рис. 10. Распределение нейтрального водорода в Галактике (Ф. Керр, 1970, Австралия) в модель двухрукавной спиральной структуры, построенная на основе теории волн плотности. Видно, что модель достаточно хорошо отражает распределение нейтрального водорода в Галактике.

В последние годы удалось определить спектрофотометрич. методом (см. Расстояния до космических объектов) расстояния до многих далёких гигантских областей HII, к-рые, по наблюдениям др. галактик, особо отчётливо обрисовывают спиральную структуру. В результате оказалось возможным по этим данным построить картину спиральных ветвей в значит. области Г. (рис. 8).

Крупномасштабная спиральная структура Г. чётко выявляется также по далёким пульсарам. Спиральные ветви, определяемые по пространственному положению пульсаров, хорошо соответствуют ветвям, найденным по положению зон HII (рис. 9). По-видимому, в ветвях находятся в основном наиболее яркие и потому наиболее молодые (в среднем) пульсары. В то же время близкие к Солнцу пульсары, среди к-рых большинство имеет низкую радиосветимость, не обнаруживают связи со спиральными рукавами. Скорее всего, эти, более старые в среднем, объекты успели рассеяться в пространстве, уйдя из спиральных ветвей, где они родились, из-за большой дисперсии скоростей (~100 км/с). Даже за короткое время своей жизни (≈5^.10⁶ лет) пульсары успевают уйти далеко от места своего рождения.

Анализ профилей линии 21 см для разных галактич. долгот позволил сделать вывод, что межзвёздный водород в Г. также концентрируется в спиральные ветви. Картина пространственного распределения нейтрального водорода приведена на рис. 10. Следует, однако, иметь в виду, что эта картина весьма чувствительна к принятой кривой вращения и к отклонению скоростей водорода от круговых; общепринятой картины водородных спиральных рукавов пока не существует.

Наконец, ещё одно независимое подтверждение существования спиральной структуры дало изучение движения молодых звёзд в пределах до 4-5 кпк от Солнца. Оно показало, что поле скоростей этих звёзд также имеет спиральную структуру.

В окрестности Солнца существуют три области концентрации молодых объектов (рис. 7). В одной из них находится Солнце, её наз. рукавом (ветвью) Ориона. Вторая наблюдается в направлении от центра Г., на расстоянии ок. 1,5 кпк от Солнца (ветвь Персея). Третья находится в направлении центра Г., на расстоянии ок. 1,2 кпк (ветвь Стрельца). Данные о пространственном распределении зон HII, пульсаров и нейтрального водорода (рис. 8-10) подтверждают существование ветвей Персея и Стрельца, но не позволяют обнаружить рукав Ориона; не обнаруживается он и в структуре поля скоростей звёзд. Поэтому считают, что рукав Ориона - это небольшое ответвление от спирального рукава, какие часто наблюдаются в др. галактиках. Исследование поля скоростей звёзд в окрестности Солнца позволило установить, что при R₀ = 10 кпк и W₀ = 25 км/(с^.кпк) расстояние от Солнца до ветви Персея ≈ 2,4 кпк, до ветви Стрельцам ≈1,8 кпк.

Спиральная структура в Г. обнаруживается также по галактическому гамма-излучению и непрерывному радиоизлучению. Для интенсивности галактич. излучения в плоскости Г. характерно общее уменьшение интенсивности в обе стороны от направления на её центр (l = 0⁰), к-рое прерывается в отдельных интервалах долгот ступеньками и даже всплесками интенсивности (рис. 11 и 12). Поскольку в Г. диффузное излучение в гамма- и радио- диапазоне возникает гл. обр. в спиральных ветвях, где больше газа, космич. лучей и больше напряжённость магн. поля, то направление, в к-ром наблюдается избыточное излучение ("ступенька", всплеск), соответствует направлению вдоль спиральной ветви. На рис. 11 видна ступенька в области l ≈ 285- 300⁰, а из рис. 10 следует, что здесь находится продолжение ветви Стрельца, расположенное вдоль луча зрения (т. н. ветвь Киля). Такие же совпадения можно увидеть для др. ветвей, причём не только на рис. 11, но и на рис. 12. Накопилось много данных, позволяющих считать, что спиральные ветви - области сгущения звёзд и газа - представляют собой спиральные волны плотности, движущиеся в плоскости Г. (подробнее об этом см. в ст. Спиральная структура галактик).

Рис. 11. Долготное распределение радиоизлучения галактического газа на частоте 408 МГц, Тb - яркостная температура. Сравнение с рис. 8 показывает, что ступеньки распределения в окрестности l = 335, 320 и 2900 соответствуют направлениям вдоль спиральных ветвей, выявленных по расположению зон HII.

Рис. 12. Зависимость интенсивности F гамма-излучения галактического диска (в интервале энергий 70 МэВ - 5 ГэВ) от долготы l. Видно, что эта зависимость во многом сходна с долготным распределением радиоизлучения (рис. 11).