5. Виды галактик. Млечный Путь.

Галактики – скопления звезд и межзвездного вещества. Галактики появлялись из случайных флуктуаций плотности, которые имели место в однородной в целом Вселенной.

Существует 3 основных типа галактик: эллиптические (нет ядра, горячих звезд, сверхгигантов и газовых туманностей), спиралевидные (имеют ядро) и неправильной формы (малые галактики без ядра, в них много горячих звезд, сверхгигантов и газовых туманностей). Пространство между галактиками заполнено газом (водород, гелий), пылью и различными излучениями.

Наша Галактика – Млечный Путь – спиралевидна и имеет диаметр порядка 40 000 пс. Расстояние до ближайшей галактики Магеллановы Облака в созвездии Андромеды – около 720 000 пс. Отношение этих величин имеет порядок 20 и характеризует вероятность столкновения галактик. Такие явления действительно имеют место во Вселенной. Возраст нашей Галактики оценивается в 15 млрд. лет, т.е. она – ровесница Вселенной.

В центре Галактики находится ядро, предположительно – черная дыра массой около 10⁶ масс Солнца (М_с), которое является сильным радиоисточником. Из ядра постоянно выбрасываются огромные облака газа. Вблизи ядра сосредоточены наиболее старые звезды. Молодые и средние звезды в основном находятся в диске, насчитывающем около 100 млрд звезд, и движутся по почти круговым орбитам вокруг центра. Диск погружен в сферическую подсистему, диаметром близкую к диаметру диска и также насчитывающую 100 млрд звезд. В сферической подсистеме звезды движутся по сильно вытянутым орбитам. Сферическая подсистема и вложенный в нее диск погружены в гало, диаметр которого больше примерно в 10 раз. В гало нет звезд, оно состоит из скрытой массы (темного вещества) массой примерно в 10 раз больше массы всех звезд Галактики. Сферическая подсистема и гало открыты в 70-х – 80-х гг. ХХ в.

Солнечная система расположена в одном из рукавов спирали на расстоянии 300 тыс. св. лет от центра.

6. Звезды и их эволюция. Главная последовательность.

Звездами называют огромные раскаленные космические объекты, излучающие энергию. Наблюдению доступно порядка 2 ·10⁹ звезд, всего во Вселенной, по оценкам, их около 10²². В звездах сосредоточено от 97 до 99.9% вещества Вселенной. Основное вещество звезд – ионизированный газ. В недрах звезд протекают термоядерные реакции превращения водорода в гелий.

Огромное множество доступных наблюдению звезд удалось классифицировать после того, как научились по спектрам находить их температуры, а также их абсолютную светимость (с учетом расстояния до них). Все звезды были разбиты на спектральные классы (O,B, A,F, G, K, M – выстроены в порядке убывания температуры), а те, в свою очередь, на группы. Солнце принадлежит к классу G2.

Герцшпрунг и Рессел построили диаграмму зависимости светимостей звезд от их спектральных классов, и оказалось, что основная часть (около 95%) звезд находится в узкой полосе, названной Главной последовательностью. Это говорит о том, что большинство звезд подчиняется одинаковым законам, имеет сходный химический состав, проходит одинаковые этапы в своем развитии. Используя диаграмму, можно проследить эволюцию звезды. Большинство звезд в процессе эволюции передвигается в верхней части диаграммы справа налево, попадает на Главную последовательность и скользит по ней с различной скоростью, в зависимости от массы. Концу эволюции соответствует правый нижний угол диаграммы.

Эволюция звезды включает в себя 3 этапа.

Протозвезды – слабосветящиеся газовые шары. Протозвезды образуются из газовых облаков под действием сил тяготения. В начале сжатия температура внутри протозвезды еще недостаточна для начала термоядерных реакций. Давление во внутренних областях в процессе сжатия растет, вследствие чего сжатие замедляется и устанавливается равновесие. Если начальная масса достаточна, то вещество протозвезды успевает нагреться до температуры, при которой начинаются термоядерные реакции – возникает звезда. Весь процесс занимает несколько миллионов лет, что в космических масштабах немного.

Молодые звезды излучают энергию, выделяющуюся при преобразовании водорода в гелий, что происходит в недрах звезды при температурах порядка 10 - 15 млн К. Постепенно запас водорода «выгорает», превращаясь в гелий, внутри звезды образуется гелиевое ядро и начинает сжиматься, а внешние оболочки охлаждаются, расширяются и затем выбрасываются в космическое пространство. Звезда превращается в «красный гигант» (Антарес, Бетельгейзе). Дальнейшая ее эволюция зависит от первоначальной массы (в сравнении с массой Солнца).

Если масса звезды , то оставшееся ядро представляет собой белый карлик – объект с очень большой плотностью, свечение которого происходит за счет дальнейшего остывания. Проходя стадии желтого, красного карлика, он превращается в черный карлик – холодное темное тело диаметром несколько км и с огромной плотностью. Солнце превратится в черный карлик примерно через 8 млрд лет.

Если же , то внутреннее давление не может уравновесить гравитационных сил, и звезда продолжает сжиматься. Наступает гравитационный коллапс, т.е. неограниченное сжатие. Если какие-то причины останавливают гравитационное сжатие, то происходит взрыв старой звезды, сопровождающийся выбросом огромного количества вещества и энергии – вспышка сверхновой. Сведения о таких вспышках содержатся в исторических документах (1054 г., Китай. Теперь на этом месте Крабовидная туманность).

Часть массы взорвавшейся сверхновой может продолжить свое существование в виде пульсара (нейтронной звезды) или черной дыры.

Нейтронные звезды получаются из масс от 1.4 Мс до 3Мс и представляют собой сгустки нейтронов, их температура около 1 млрд К. Нейтронные звезды быстро остывают и теряют светимость, для них характерно интенсивное радиоизлучение в виде повторяющихся импульсов.

Черные дыры получаются при массе больше 3Мс.