Курс по обща астрономия за астрономи-любители
жүктеу/скачать 2.21 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- ПРЕДИСТОРИЯ
- КЛАСИФИКАЦИЯ НА ГАЛАКТИКИТЕ
| НАРОДНА АСТРОНОМИЧЕСКА ОБСЕРВАТОРИЯ
“Юрий Гагарин” Стара Загора КУРС ПО ОБЩА АСТРОНОМИЯ ЗА АСТРОНОМИ-ЛЮБИТЕЛИ Надя Кискинова
ПРЕДИСТОРИЯПрез 1755 г. немският философ Имануел Кант предположил, че Вселената се състои от “островни вселени”, състоящи се от звезди подобно на Млечния път. През 1838 г. Уилям Хершел публикувал схема на мъглявината М 51 в каталога на Месие, получена с неговия 182-см телескоп. Лорд Рос /Уилям Парсънс/, разглеждайки внимателно тази схема, установява спирална структура на М 51, а по-късно открива такива структури и при други мъглявини. 
Проследете с поглед дръжката на “черпака” на Голямата мечка и огледайте с телескоп областта около последната ярка звезда. Скоро ще се натъкнете на тази ефектна двойка взаимодействащи галактики, нанесени под № 51 в каталога на Месие, наречена образно Водовъртеж. Голямата галактика NGC 5194 е вероятно първата открита спирална галактика. Спиралните й ръкави с ивицата прах в тях явно минава пред галактиката-спътник отдясно NGC 5195. Галактиките са на разстояние 31 милиона св.г. и са в областта на съзвездието Ловджийски кучета. С малък любителски телескоп М 51 изглежда слабо размито петънце, но това контрасно изображение е получено с Усъвършенстваната камера за обзори на космическия телескоп “Хъбъл” през януари 2005 г. През втората половина на ХІХ век учените се стремят да уточнят и попълнят каталозите от мъглявини. През 1838 г. Йохан Драйер публикува своя “Нов общ каталог на мъглявини и купове от звезди” с 7 840 обекта, означени като NGC (New General Cataloge) с пореден номер. Сега има и две допълнения към този каталог , където обектите са обозначени с индекса IC (Index Cataloge). Най-добре видимата мъглявина със спирална структура в съзвездието Андромеда М 31 в каталога на Месие, в каталога на Драейр е NGC 224. Започнал великият спор в средите на учените – какво представляват спираловидните мъглявини – обекти от състава на Млечния път или “островни вселени”. През 1917 г. американецът Ричи от обсерваторията Маунт Уилсон наблюдавал Нова звезда от 15 зв.в върху фотоплака на мъглявината NGC 6946. Той преразгледал и стари плаки на М 31 в Андромеда. Открил още две Нови звезди. В същото време в Ликската обсерватория Къртис открива други 3 Нови в мъглявини. От наблюдаваните до това време 11 избухвания на Нови звезди в 7 от мъглявините, Къртис се опитал да определи разстоянията, предполагайки че всички Нови в максимума на блясъка си имат еднакви стойности на абсолютните звездни величини. Така той определил, че разстоянието до спираловидната мъглявина в Андромеда е 500 000 св.г. -–няколкократно по-голямо от размерите на Млечния път. Мнозина се усъмнили в оценките на Къртис, тъй като той не взел под внимание избухналата на 20 август 1885 г. в центъра на М 31 звезда с абсолютна звездна величина много по-голяма от тази на Новите - /-16/. По-късно Бааде и Минковски разграничават Новите от въведените от тях Свръхнови избухващи звезди. Регистрираната в центъра на М 31 звезда е Свръхновата с обозначение–S And 1885. На 26 април 1920 г. в Националната академия на науките във Вашингтон бил организиран публичен диспут – т.н. Голям спор за “островните вселени”. Главни опоненти били Къртис – “за” и Шепли – “против” “островните вселени”. В науката фактите не се установяват чрез спорове, но такива диспути очертават проблема, дефинират го и насочват вниманието на мнозина към разрешаването му. 4 години по-късно – през 1924 г. - не диспутът, а наблюденията на Едуин Хъбъл решили проблема. Той открива Цефеиди в М 31 и използва метода на Цефеидите – доста по-развит и признат по онова време от метода на Новите на Къртис. Хъбъл получава, че разстоянието до М 31 в Андромеда е 900 000 св.г. – все още далеч от сега приетото разстояние от 2,5 млн св.г, но недвусмислено доказващо, че разстоянието до тази най-близка спираловидна мъглявина наистина няколкократно надвишава самите размери на Млечния път /100 000 св.г./. Хъбъл става основоположник на нов дял в астрономията – ГАЛАКТИЧНАТА АСТРОНОМИЯ, с рождената 1924 година. 
Едуин Хъбъл КЛАСИФИКАЦИЯ НА ГАЛАКТИКИТЕОще през 1620 г. английският философ Франсис Бейкън казва, че всяка наука започва с класификация. Подредбата по форма, големина, спектър и др. подходящо подбран признак, изявяващ съществени особености, дава повод за размисъл върху природата на обектите. Месие се опитал да опише мъглявините по форма и яркост. Уилям Хершел и синът му Джон Хершел били убедени, че ако успеят да подредят мъглявините морфологически ще успеят да стигнат до идея за тяхната еволюция. Йохан Драйер също се опитал да въведе подходяща класификация на мъглявините, както и немецът Макс Волф, който използвал снимки на Хайделбергската обсерватория, но това били както галактични, така и извънгалактични мъглявини. През 1925 г. Едуин Хъбъл предлага своя морфологична класификация на галактиките, която се използва и досега с допълнения и уточнения. Основавайки се на множество снимки само на извънгалактичните мъглявини, правени с най-големите за времето си телескопи - с 1,5 и 2,5-метрови огледала в обсерваторията Маунт Уилсън, Хъбъл разделил галактиките на:
Елиптичните разделил според степента на сплесканост на подкласове по формулата е = 10 (a – b)/a като а и b са съответно най-големия и най-малкия диаметър на елипсата.
Диаметрите им са от 1/10 до 100 Кпс. Най-масивната елиптична галактика, която можем да наблюдаваме в центъра на купа галактики в Дева, е М 87. Размерите й са сравними с една такава локална група галактики като Местната група галактики, с диаметър от 2 Мпс.
Тези галактики обикновено се състоят от стари масивни звезди с ниско съдържание на тежки елементи. В тях има малко газ и прах. Въртят се бавно около оста си. А отделните звезди обикалят около центъра им по случайни траектории – подобно на топки в тото-машина. Елиптичните галактики са компактни образувания – средната звездна плътност в тях е 10 пъти повече от тази в спиралните галактики – такава, каквато е в балджа на нашата Галактика. Много повече е и скритата маса в тях – 10 пъти повече, отколкото в спиралните галактики. За разлика от спиралните галактики елиптичните нямат дискове.
“Царската” звезда Регул в съзвездието Лъв е толкова ярка, че е трудно да се забележи съвсем близо до нея галактиката-джудже Leo І, спадаща към сферичните в нашата Местна система. Тази галактика е сред най-далечните известни галактики-спътници на нашия Млечен път. Изключение са лещовидните S0 галактики – преходен тип галактики между елиптичните и спиралните. Сега има наблюдателни данни, че те реално съществуват. Тъй като по маса, размери и светимост те наподобява спиралните галактики, макар че липсват спиралните ръкави, отнасят ги към тях. Представляват оголени дискове на спирални галактики. 
Sc Sb Sa S0 
S0 галактика 
Галактиката NGC 3115 е също тип S0. Тя е четвъртата поред галактика, в която бе открита свръхмасивна черна дупка в центъра. Спирални галактики Този тип галактики имат най-сложна структура с добре очертан център – струпване на звезди, наречен балдж или централна кондензация, където е ядрото им. 
Балджът при някои спирални галактики е изтеглен като мост – нар. бар или пресечка, а спиралните ръкави излизат не от централната част, а именно от тези мостове – това са пресечените спирали. 1/3 от спиралните галактики са от този клон на “камертона” на Хъбъл, където галактиките са с обозначението SB. Счита се, че наличието на бар се дължи на някаква вътрешна активност на ядрото или външни причини – той се появява при взаимодействащите си галактики или тези, които вече са погълнали съседите си. Нашата Галактика спада към този тип – SBc, докато галактиката в Андромеда М 31 спада към “нормалните” спирали и е от тип Sb. 
Галактиката NGC 613 в южното съзвездие Скулптор е типична пресечена спирала с гигантски бар – гигантската централна ивица, откъдето започват спиралните ръкави. Тя е на разстояние само 65 млн. св. г., а диаметърът й е като на Млечния път – 100 000 св.г. 
Голямата красива спирална галактика с централна ивица NGC 1300 е на разстояние 70 милиона св.г от нас в съзвездието Еридан. Големината на NGC 1300 е повече от 100 хиляди св.г. Това изображение показва удивителни детайли на централния мост-бара и великолепието на спиралните ръкави. Наистина, при вглеждане може да се открие в ядрото на тази класическа пресечена галактика област с размери около 3 300 св.г със спирална структура. За разлика от другите спирални галактики като нашия Млечен път, в NGC 1300 засега няма признаци за наличието на масивна черна дупка. Балджът и халото от кълбовидни звездни купове съдържат стари масивни звезди като тези, които преобладават в елиптичните галактики. Обикновено спиралните галактики са масивни, ярки, богати на много и огромни по размери конгломерати от газ и прах, където припламва звездообразувателния процес. Спиралните ръкави са очертани именно от такива активни области на звездообразуване със всички характерни обекти в тях – млади синьо-бели звезди с характерна възраст от около 100 млн години, Свръхнови, бързи потоци от газове, разпространяващи се огромни области от йонизиран и неутрален водород и всякакви още обекти и типове звезди. Спиралните ръкави заедно с балджа и централната част образуват диска. Характерните размери на дисковете са от 5 до 100 Кпс. Освен хало от кълбовидни звездни купове на големи разстояния над и под диска, спиралните галактики имат протяжна корона, съдържаща голяма част от масата им, но в обекти, които не излъчват. Тук е загадъчната тъмна материя, която търси откривателите си. Масите и светимостите на спиралните галактики са от милиард до стотици млрд маси на Слънцето.
Галактики с накъсани фрагментални спирални ръкави дължат вида си на локални, флокулентни процеси. Структури с по-голям брой спирални ръкави или нечетен такъв се наблюдават много рядко.Има и различни други асиметрии и особености, които причисляват галактиките към пекулярен тип. Рядко срещани са галактиките само с 1 спирален ръкав и все още е недоказано съществуването на такива, които се въртят срещу краищата на спиралните ръкави. Като правило спиралните галактики се въртят по посока на завиване на ръкавите си. Общото , което ги отличава от другите видове галактики е по-бързото им околоосно въртене.
Причислявайки галактиките към тип E, S, и S0, Хъбъл препратил всички останали към неправилните галактики Irr. Сега разграничаваме два типа неправилни галактики – Irr 1 и Irr 2. За разлика от спиралните галактики при тях не се наблюдава хало. Типът Irr 1 е продължение на типовете Sc и SBc зад “камертона” на Хъбъл. Тези галактики са богати на газ и прах. В тях преобладават младите звезди. Типична галактика тук е Големият Магеланов облак. 
Големият Магеланов облак Към тип Irr 2 спадат галактики със своеобразна форма, които наистина не могат да бъдат причислени към някой от изброените типове и подтипове. Обикновено в такива галактики протичат толкова активни процеси на звездообразуване, които са изкривили до неузнаваемост вида на галактиките.  
Галактиката М 82, наричана още Цигара и то с основание, както се оказва. В нея протича мощен процес на звездообразуване, довел до деформация на формата както във видими лъчи – отдясно, така и в инфрачервени лъчи – отляво.В червената област на двете изображения има прах от сложни въглеродни съединения, характерни за такива области и в нашата Галактика. При земни условия, те са продукт на горене. Ето защо образното наименование на тази галактика е така удачно. Мощният процес на звездообразуване вероятно е иницииран от съседната огромна спирална галактика М 81. 
Двойката галактики М 81 и 82 е в съзвездието Голяма мечка и се наблюдава добре и с неголеми телескопи. Неправилните галактики като цяло са неголеми. Характерните размери са от 1 до 10 Кпс. Масите им са от 100 милиона до 10 милиарда слънчеви маси, а светимостите – от 10 милиона до 10 милиарда слънчеви единици.
Предполага се, че видът на галактиката зависи от масата и момента на импулса на протогалактичния облак. Бавни и компактни протогалактични облаци са дали началото на масивните и бавно въртящи се около оста си елипсовидни галактики; тези с по-бързо въртене – големите спираловидни галактики. Но има и други фактори – взаимодействието между галактиките, сливането на галактики и поглъщане на малките от големи галактики -–процес продължаващ досега и водещ до промени във външния вид на структурите. 
Сливащи се галактики по данни на космическия телескоп “Хъбъл”. По данни от телескопа “Хъбъл” е проведено изследване в Нотингамския университет под ръководството на проф. Кристофър Конселайс, потвърждаващо, че големите галактики са се формирали при сливане на по-малки. Галактичните сливания водят до образуването на звезди и според някои изследователи, захранват черните дупки в центровете на галактиките, при което те значително увеличават размерите си. Масите на младите галактики са малки и дълго време оставаше загадка тяхното превръщане в масивни галактики. Сега е ясно, че за да се получи това са необходими поне 4-5 сливания, при което малката галактика се превръща в огромно струпване. Сега това става рядко, но преди 10 млрд години този процес е протичал много интензивно. И още нещо – сливането на галактиките се е случило в строго ограничен отрязък от време – в течение на 6 млрд години след Големия взрив, което противоречи на съществуващите теории за бързото формиране на големите галактики в течение на няколко милиона години след Големия взрив и постепенното им сливане. Изследвайки процесите при сливащите се спирални галактики, учените предвиждат бъдещето на нашата Галактика и тази в Андромеда, които ще се сблъскат след само няколко милиарда години. 
Тези 18 малки сини обекта – всеки на по 11 милиарда светлинни години от нас и съдържащ няколко милиона звезди – сега вероятно са в състава на някои големи галактики. Това е “строителният материал”, който чрез сливане и поглъщане на по-малки от по-големи купчини звезди са “израснали” съвременните галактики в това число и нашата собствена Млечния път. За разкриване тайните на галактиките е създаден специален уред, наречен “Сорон”, монтиран от 1999 г. на 4-метровия огледален телескоп в обсерваторията Ла Палма, Испания, о-в Майорка. Полевият интегрален спектрограф “Сорон” прилича на фасетно око на муха и се състои от 1500 събирателни микролещи, които концентрират светлината на галактиката в 15—микроскопични точици. Там светлината попада върху оптична мрежа от стъклени тристенни призми, които разлагат бялата светлина на съставните й цветове. Предназначението на уреда е чрез спектъра да долавя движението на звездите в галактиката чрез ефекта на Доплер. Така става ясно, че скоростта на звездите варира от 50 до 250 км/сек /180 000 до 900 000 км/час/ и се получават данни за въртенето на галактиките като цяло. Галактики като елипсовидните и лещовидните, смятани за инертни, се оказаха доста интересни. Открити бяха и ядра в някои от тези галактики, които се въртят или в обратна посока или перпендикулярно на въртенето на самата галактика. Най-интересна е лещовидната галактика NGC 4550. В нея съвсем плосък централен диск от звезди, който се върти в една посока, е вложен в по-дебел звезден диск, въртящ се в точно обратната посока. Според учените странната галактика е резултат от сблъсъка и сливането на две лещовидни галактики с противоположни една на друга посоки на въртене. 
Това изображение е получено от двете космически обсерватории “Хъбъл” и “Спитцер” и е първото на толкова отдалечена първична галактика във Вселената във видими лъчи и в част от близката инфрачервена област на спектъра. Галактиката е от т.н. Дълбоко небе на “Хъбъл” и е твърде голяма и масивна за своята крехка възраст. Галактиката ни пренася на само 800 милиона години от Големия взрив и е на път да “поспори” със сегашните ни представи за формирането на галактиките от сливането на малки в големи и още по-големи до сегашните огромни звездни острови като нашия Млечен път. Галактики-джуджета Големите ярки галактики се виждат от големи разстояния, но никой не може да каже колко малки и неярки галакити има. Не може да се твърдо със сигурност дори колко е броят им в Местната група галактики, т.е. в непосредствена близост до нас. Счита се, че са около 40 в обем от 1,2 Мпс. Свидетели сме на постоянни открития, които говорят, че броят на малките галактики-джуджета съвсем не е малък – преценките са, че те са 90% от всички останали. Ето защо представляват специален интерес – и не само като преобладаващи по брой. Както малките тела в Слънчевата ни система, галактиките-джуджета биха могли да хвърлят светлина върху разбиране процесите в галактиките при формирането им в ранната Вселена. Считайки, че големите галактики днес някога са възникнали от сливане на множество по-малко масивни фрагменти, наблюдаваните галактики-джуджета сега са оцелелите и самостоятелно еволюирали сгъстявания на първичната материя. Това виждане се потвърджава от техните характеристики: Галактиките-джуджета имат от няколко десетки хиляди до няколко десетки милиарда звезди. Размерите им са от 5-50 пъти , масите – от 10-100 пъти, а светимостите им – 50-10 000 пъти по-малки в сравнение с тези на Млечния път. Относителното съдържание на тъмна материя в тези галактики като цяло е повече. Най-малките галактики-джуджета с характерни размери от порядъка на 1 Кпс, в които протича активно звездообразуване, по-скоро наподобяват изолиран комплекс на звездообразуване, отколкото същинска галактика. Но като цяло звездите в галактиките-джуджета са с по-малко тежки елементи в състава си, отколкото звездите в спиралните галактики.
Приемайки, че не е възможно да бъдат наблюдавани повечето галактики-джуджета поради малките им размери, огромните разстояния и това, че в повечето от тях едва ли протича активно звездообразуване, даващо видимост на структурата и основавайки се наличния наблюдателен материал, Ева Гребел прави морфологична класификация на галактиките-джуджета:
Те са най-масивните сред галактиките-джуджета, с ниска повърхностна яркост и много тъмна материя. В тях протича звездообразуване, но не особено активно. Спиралните джуджета се подразделят на същите подтипове като големите спирални галактики – S0, Sa, Sb или т.н. ранни типове са по-богати на метали от по-късните Sc, Sd, Sm типове,които се въртят около оста си като по-компактни образувания.
Това са галактики с активно звездообразуване, с висока яркост и силна концентрация на газ и млади сини звезди към центъра си. Вътрешните части на тези галактики се въртят като твърдо тяло, а газът се простира в още по-голям обем от областта на звездообразуване. Най-често това са изолирани галактики-джуджета, разположени далеч от плътните центрове на групите и купове галактики. В Местната група галактики не се наблюдават такива галактики. Има 2 подтипа – сини аморфни джуджета с изобилие от йонизиран водород или т.н. НІІ-галактики и такива с изобилие на млади звезди тип Волф-Райе или
Формата им е неправилна, разпокъсана. Те са богати на газ, разпространен неравномерно в обема им, понякога пръстеновидно. Звездите им са средно с по-високо съдържание на тежки елементи, което означава, че в тези галактики с неголеми огнища на звездообразуване, процесът е протичал не особено мощно, но постоянно от 10 млрд години насам. Яркостта на тези галактики е по-ниска, отколкото на сините компактни джуджета, но по-висока от тази на спиралните. По-масивните се въртят като твърдо тяло, а немасивните – хаотично. Срещат се навсякъде – между куповете галактики и вътре в тях, като се концентрират към центровете на куповете. Типични представители на неправилните джуджета са галактиките-спътници на Млечния път – Големият и Малък Магеланови облаци.
Звездното им население е старо., а газът – малко. Имат забележима концентрация на звезди към центъра си и са с висока светимост. Масите им са около 1 порядък по-малки от тези на неправилните галактики-джуджета. Обикновено са спътници на масивни галактики.
Формата им е също като при елиптичните джджета – елипсовидна до кълбовидна, но са дифузни на вид, с ниска концентрация към центъра на стари звезди и малко газ. Светимостта им е най-ниска сред галактиките-джуджета и се доближава по-скоро до тази на кълбовидните звездни купове. Масата им също – тя е от порядъка на 10 млн маси на Слънцето, но по характера на движение на звездите в тези галактики се съди, че в тях има значително количество тъмна материя. Обикновено сфероидалните галактики-джуджета са близки спътници на масивни галактики. Млечният път има няколко такива спътника, проектиращи се в съзвездията Скулптор, Пещ.
Това са остатъци от галактики, оцелели след процес на сливане или взаимодействие с други, по-масивни галактики. За разлика от останалите галактики-джуджета в тях няма тъмна материя. Тази класификация на галактиките-джуджета не е пълна. Някои са с толкова особена форма, че могат да се причислят едновременно към няколко типа. Сред спиралните и неправилните галактики-джуджета има и такива, в които може да се различи наличието на бар. Такава е неправилната галактика-джудже Голям Магеланов облак. Интересно е, че елиптичните и сфероидалните галактики-джуджета “предпочитат” близостта на големите спирални галактики за разлика от “по-своенравните” неправилни галактики-джуджета, които явно отбягват влиянието на масивни съседи. Смята се, че еволюцията на една галактика-джудже зависи от близостта на масивна галактика, но механизмът не е ясен. В същото време неправилните галактики-джуджета от фона еволюират самостоятелно, но не са ясни факторите за тяхното развитие. Смайва разнообразието сред галактиките-джуджета – много по-голямо от това на големите галактики. На практика няма две подобни по характеристики, морфология, история на звездообразуване галактики-джуджета. Причините за това огромно разнообразие в строежа и еволюцията на галактиките-джуджета не са ясни. жүктеу/скачать 2.21 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|
