Kako so galaksije porazdeljene v vesolju. Teorija Uvod

Kako so galaksije razporejene v vesolju?

Izkazalo se je, da je ta porazdelitev izjemno neenakomerna. Večina jih je del grozdov. Jate galaksij so po svojih lastnostih tako raznolike kot same galaksije. Da bi vnesli vsaj nekaj reda v njihov opis, so astronomi pripravili več svojih klasifikacij. Kot vedno v takšnih primerih, nobena klasifikacija ni popolna. Za naše namene zadostuje reči, da lahko grozde razdelimo na dve vrsti - pravilne in nepravilne.

Pravilni grozdi so pogosto ogromni. So sferične in vsebujejo več deset tisoč galaksij. Vse te galaksije so praviloma eliptične ali lečaste. V središču sta ena ali dve velikanski eliptični galaksiji. Nam najbližja pravilna kopica je v smeri ozvezdja Coma Berenices na razdalji približno tristo milijonov svetlobnih let in ima premer več kot deset milijonov svetlobnih let. Galaksije v tej jati se gibljejo druga glede na drugo s hitrostjo približno tisoč kilometrov na sekundo.

Nepravilni grozdi so po masi precej skromnejši. Galaksij v njih je desetkrat manj kot v navadnih jatah in to so galaksije vseh vrst. Njihova oblika je nepravilna, znotraj jate so ločene koncentracije galaksij.

Nepravilne kopice so lahko zelo majhne, vse do majhnih skupin, sestavljenih iz več galaksij.

Nedavno so študije estonskih astrofizikov J. Einasto, A. Saar, M. Jõeveer in drugi, ameriški strokovnjaki P. Peebles, O. Gregory, L. Thompson pokazale, da so največje nepravilnosti v porazdelitvi galaksij " celične narave. V »stenah celic« je veliko galaksij in njihovih jat, znotraj pa je praznina. Velikost celice je približno 300 milijonov svetlobnih let, debelina sten je 10 milijonov svetlobnih let. Velike jate galaksij se nahajajo na vozliščih te celične strukture. Ločeni delci satja

strukture i imenujemo superjate. Superjače imajo pogosto zelo podolgovato obliko kot niti ali rezanci. In še dlje?

Tu se soočamo z novo okoliščino. Doslej smo bili priča vedno bolj kompleksnim sistemom: majhni sistemi so tvorili velik sistem, ti veliki sistemi so se združevali v še večjega itd. To pomeni, da je vesolje spominjalo na rusko gnezdenico. Majhna gnezdilka je v veliki, ta pa v še večji. Izkazalo se je, da obstaja največja matryoshka v vesolju! Obsežna struktura v obliki "rezancev" in "celic" ni več sestavljena v večje sisteme, ampak v povprečju enakomerno zapolnjuje prostor vesolja. Vesolje na največjih lestvicah (več kot tristo milijonov svetlobnih let) se izkaže za enako po svojih lastnostih - homogeno. To je zelo pomembna lastnost in ena od skrivnosti vesolja. Iz neznanega razloga so v razmeroma majhnem obsegu ogromne grude snovi - nebesna telesa, njihovi sistemi, vse bolj zapleteni, do superjat galaksij, v zelo velikem obsegu pa struktura izgine. Kot pesek na plaži. Če pogledamo od blizu, vidimo posamezna zrna peska, če pogledamo od daleč in z očmi pokrijemo veliko površino, vidimo homogeno gmoto peska.

Kaj Vesolje je homogeno, je bilo mogoče slediti do daljav deset milijard svetlobnih let!

K rešitvi uganke homogenosti se bomo vrnili, za zdaj pa se obrnemo na vprašanje, ki se je verjetno pojavilo pri bralcu. Kako je mogoče izmeriti tako velike razdalje do galaksij in njihovih sistemov, z gotovostjo govoriti o njihovih masah, o hitrostih gibanja galaksij?

Novikov I.D.

Običajno se galaksije nahajajo v majhnih skupinah z desetimi člani, ki so pogosto združene v velike jate po sto in tisoče galaksij. Naša galaksija je del tako imenovane lokalne skupine, ki vključuje tri velikanske spiralne galaksije (našo galaksijo, Andromedino meglico in meglico v ozvezdju Trikotnika) ter več kot 15 pritlikavih eliptičnih in nepravilnih galaksij, med katerimi je največja so Magellanovi oblaki. Povprečna velikost jate galaksij je približno 3 Mpc. V nekaterih primerih lahko njihov premer presega 10–20 Mpc. Delimo jih na razpršene (nepravilne) in kroglaste (pravilne) skupke. Razprte kopice nimajo pravilne oblike in imajo zamegljene obrise. Galaksije v njih so zelo šibko koncentrirane proti središču. Primer velikanske odprte kopice je nam najbližja jata galaksij v ozvezdju Device (241). Na nebu zavzema približno 120 kvadratnih metrov. stopinj in vsebuje več tisoč pretežno spiralnih galaksij. Razdalja do središča te kopice je približno 11 Mpc. Sferične jate galaksij so bolj kompaktne od odprtih in imajo sferično simetrijo. Njihovi člani so opazno koncentrirani proti središču. Primer sferične kopice je jata galaksij v ozvezdju Coma Berenices, ki vsebuje veliko število eliptičnih in lečastih galaksij (242). Njegov premer je skoraj 12 stopinj. Vsebuje približno 30.000 galaksij, svetlejših od 19 fotografske magnitude. Razdalja do središča grozda je približno 70 Mpc. Številne bogate jate galaksij so povezane z močnimi razširjenimi viri rentgenskih žarkov, katerih narava je najverjetneje povezana s prisotnostjo vročega medgalaktičnega plina, podobnega koronam posameznih galaksij. Obstaja razlog za domnevo, da so tudi jate galaksij neenakomerno porazdeljene. Po nekaterih študijah jate in skupine galaksij, ki nas obdajajo, tvorijo grandiozen sistem - Supergalaksijo. V tem primeru se posamezne galaksije očitno koncentrirajo proti določeni ravnini, ki jo lahko imenujemo ekvatorialna ravnina Supergalaksije. Jata galaksij, o kateri smo pravkar govorili, v ozvezdju Device je v središču tako velikanskega sistema. Masa naše supergalaksije naj bi bila približno 1015 sončnih mas, njen premer pa približno 50 Mpc. Vendar pa resničnost obstoja takih jat galaksij drugega reda trenutno ostaja sporna. Če obstajajo, potem le kot šibko izražena nehomogenost porazdelitve galaksij v vesolju, saj lahko razdalje med njimi nekoliko presegajo njihove velikosti.

riž. 12.1. Prostorska porazdelitev galaksij po podatkih SDSS. Zelene pike označujejo vse galaksije (v določenem prostorskem kotu), katerih svetlost presega določeno vrednost. Rdeče pike označujejo najbolj svetleče galaksije iz oddaljenih jat, ki tvorijo precej homogeno populacijo; v ustreznem referenčnem sistemu je njihov spekter v primerjavi z navadnimi galaksijami premaknjen v rdeče območje. Modre in modre pike prikazujejo lokacijo navadnih kvazarjev. Parameter h je približno enak 0,7.

Sferične jate galaksij so bolj kompaktne od odprtih in imajo sferično simetrijo. Njihovi člani so opazno koncentrirani proti središču. Primer sferične kopice je jata galaksij v ozvezdju Coma Berenices, ki vsebuje veliko število eliptičnih in lečastih galaksij (242). Njegov premer je skoraj 12 stopinj. Vsebuje približno 30.000 galaksij, svetlejših od 19 fotografske magnitude. Razdalja do središča grozda je približno 70 Mpc. Številne bogate jate galaksij so povezane z močnimi razširjenimi viri rentgenskih žarkov, katerih narava je najverjetneje povezana s prisotnostjo vročega medgalaktičnega plina, podobnega koronam posameznih galaksij.
Obstaja razlog za domnevo, da so tudi jate galaksij neenakomerno porazdeljene. Po nekaterih študijah jate in skupine galaksij, ki nas obdajajo, tvorijo grandiozen sistem - Supergalaksijo. V tem primeru se posamezne galaksije očitno koncentrirajo proti določeni ravnini, ki jo lahko imenujemo ekvatorialna ravnina Supergalaksije. Jata galaksij, o kateri smo pravkar govorili, v ozvezdju Device je v središču tako velikanskega sistema. Masa naše supergalaksije naj bi bila približno 1015 sončnih mas, njen premer pa približno 50 Mpc. Vendar pa resničnost obstoja takih jat galaksij drugega reda trenutno ostaja sporna. Če obstajajo, potem le kot šibko izražena nehomogenost porazdelitve galaksij v vesolju, saj lahko razdalje med njimi nekoliko presegajo njihove velikosti.

Pregledate članek (povzetek): “ Prostorska porazdelitev galaksij» iz disciplin « astrofizika»

Povzetki in publikacije o drugih temah :

Obstaja razlog za domnevo, da so tudi jate galaksij neenakomerno porazdeljene. Po nekaterih študijah jate in skupine galaksij, ki nas obdajajo, tvorijo grandiozen sistem - Supergalaksijo. V tem primeru se posamezne galaksije očitno koncentrirajo proti določeni ravnini, ki jo lahko imenujemo ekvatorialna ravnina Supergalaksije. Jata galaksij, o kateri smo pravkar govorili, v ozvezdju Device je v središču tako velikanskega sistema. Masa naše supergalaksije naj bi znašala približno 1015 sončnih mas, njen premer pa približno 50 Mpc. Vendar pa resničnost obstoja takih jat galaksij drugega reda trenutno ostaja sporna. Če obstajajo, potem le kot šibko izražena nehomogenost porazdelitve galaksij v vesolju, saj lahko razdalje med njimi nekoliko presegajo njihove velikosti. O evoluciji galaksij Razmerje med skupno količino zvezdne in medzvezdne snovi v Galaksiji se s časom spreminja, saj zvezde nastanejo iz medzvezdne razpršene snovi, na koncu svoje evolucijske poti pa le del snovi vrnejo v medzvezdni prostor; nekaj ga ostane v belih pritlikavkah. Tako naj bi se količina medzvezdne snovi v naši galaksiji sčasoma zmanjšala. Enako bi se moralo zgoditi v drugih galaksijah. Pri predelavi v zvezdnih globinah snov galaksije postopoma spreminja svojo kemično sestavo, obogati se s helijem in težkimi elementi. Predvideva se, da je Galaksija nastala iz plinskega oblaka, ki je sestavljen predvsem iz vodika. Možno je celo, da razen vodika ni vseboval drugih elementov. Helij in težki elementi so v tem primeru nastali kot posledica termonuklearnih reakcij znotraj zvezd. Tvorba težkih elementov se začne s trojno reakcijo helija 3He4 ® C 12, nato se C 12 poveže z a-delci, protoni in nevtroni, produkti teh reakcij so podvrženi nadaljnjim transformacijam in tako nastajajo vse bolj kompleksna jedra. Nastajanja najtežjih jeder, kot sta uran in torij, pa ni mogoče razložiti s postopno rastjo. V tem primeru bi neizogibno morali iti skozi fazo nestabilnih radioaktivnih izotopov, ki bi razpadli hitreje, kot bi lahko ujeli naslednji nukleon. Zato se domneva, da najtežji elementi na koncu periodnega sistema nastanejo med eksplozijami supernove. Eksplozija supernove je posledica hitrega krčenja zvezde. Hkrati se temperatura katastrofalno dvigne, v atmosferi, ki se skrči, potekajo verižne termonuklearne reakcije in nastanejo močni nevtronski tokovi. Intenzivnost nevtronskih tokov je lahko tako visoka, da vmesna nestabilna jedra nimajo časa za sesedanje. Preden se to zgodi, ujamejo nove nevtrone in postanejo stabilni. Kot smo že omenili, je številčnost težkih elementov v zvezdah sferične komponente veliko manjša kot v zvezdah ravnega podsistema. To je očitno razloženo z dejstvom, da so se zvezde sferične komponente oblikovale na začetni stopnji evolucije galaksije, ko je bil medzvezdni plin še reven s težkimi elementi. Takrat je bil medzvezdni plin skoraj sferičen oblak, katerega koncentracija se je povečevala proti središču. Enako porazdelitev so ohranile tudi zvezde sferične komponente, ki so nastale v tej dobi. Zaradi trkov oblakov medzvezdnega plina se je njihova hitrost postopoma zmanjševala, kinetična energija se je spremenila v toplotno, splošna oblika in velikost plinskega oblaka pa sta se spremenila. Izračuni kažejo, da bi moral takšen oblak v primeru hitre rotacije imeti obliko sploščenega diska, kar opazimo v naši Galaksiji. Zvezde, nastale pozneje, torej tvorijo ploščat podsistem. Ko se je medzvezdni plin oblikoval v ploščat disk, je bil predelan v zvezdni notranjosti, številčnost težkih elementov se je znatno povečala in zvezde ploščate komponente so bile zato tudi bogate s težkimi elementi. Zvezde ploščate komponente pogosto imenujemo zvezde druge generacije, zvezde sferične komponente pa zvezde prve generacije, da bi poudarili dejstvo, da so zvezde ploščate komponente nastale iz snovi, ki je že bila v zvezdni notranjosti. Razvoj drugih spiralnih galaksij verjetno poteka na podoben način. Oblika spiralnih krakov, v katerih je skoncentriran medzvezdni plin, je očitno določena s smerjo silnic splošnega galaktičnega magnetnega polja. Elastičnost magnetnega polja, na katerega je »prilepljen« medzvezdni plin, omejuje sploščenost plinastega diska. Če bi na medzvezdni plin delovala samo gravitacija, bi se njegovo stiskanje nadaljevalo v nedogled. V tem primeru bi se zaradi velike gostote hitro zgostila v zvezde in tako rekoč izginila. Obstaja razlog za domnevo, da je hitrost nastajanja zvezd približno sorazmerna s kvadratom gostote medzvezdnega plina.

Če se galaksija vrti počasi, se medzvezdni plin zaradi gravitacije zbira v središču. Očitno je v takih galaksijah magnetno polje šibkejše in manj ovira stiskanje medzvezdnega plina kot v hitro vrtečih se galaksijah. Visoka gostota medzvezdnega plina v osrednjem območju vodi do dejstva, da se hitro porabi in spremeni v zvezde. Posledično bi morale imeti počasi rotirajoče galaksije približno sferično obliko z močnim povečanjem gostote zvezd v središču. Vemo, da imajo eliptične galaksije prav takšne značilnosti. Očitno je razlog za njihovo razliko od spiralnih v počasnejšem vrtenju. Iz zgoraj povedanega je tudi jasno, zakaj je v eliptičnih galaksijah malo zvezd zgodnjih razredov in malo medzvezdnega plina.

Tako lahko razvoj galaksij sledimo iz stopnje plinastega oblaka približno sferične oblike. Oblak je sestavljen iz vodika, ni enoten. Ločene grude plina, ki se premikajo, trčijo med seboj - izguba kinetične energije povzroči stiskanje oblaka. Če se vrti hitro, dobimo spiralno galaksijo, če se vrti počasi, eliptično. Naravno je vprašati se, zakaj je snov v vesolju razpadla na ločene plinske oblake, ki so kasneje postali galaksije, zakaj opazujemo širjenje teh galaksij, v kakšni obliki je bila snov v vesolju pred nastankom galaksij.

Najbolj presenetljiva značilnost prostorske porazdelitve kroglastih kopic v Galaksiji je močna koncentracija proti njenemu središču. Na sl. 8-8 prikazuje razporeditev kroglastih kopic po celotni nebesni sferi, tukaj je središče galaksije v središču slike, severni pol galaksije je na vrhu. Vzdolž ravnine galaksije ni vidnega območja izogibanja, zato medzvezdno izumrtje v disku pred nami ne prikrije znatnega števila kopic.

Na sl. 8-9 prikazuje porazdelitev kroglastih kopic vzdolž razdalje od središča Galaksije. Obstaja močna koncentracija proti središču - večina kroglastih kopic se nahaja v krogli s polmerom ≈ 10 kpc. V tem radiju se nahajajo skoraj vse kroglaste kopice, ki nastanejo iz snovi. en sam protogalaktični oblak in oblikovana podsistema debelega diska (grozdi z > -1,0) in lastnega haloja (manj kovinski grozdi z ekstremno modrimi horizontalnimi vejami). Grozdi z nizko vsebnostjo kovin in vodoravnimi vejami, ki so nenormalno rdeče zaradi svoje kovinskosti, tvorijo sferoidni podsistem priraščen halo polmer ≈ 20 kpc. Približno ducat bolj oddaljenih kopic pripada istemu podsistemu (glej sliko 8-9), med katerimi je več objektov z nenormalno visoko vsebnostjo kovin.

Verjame se, da gravitacijsko polje Galaksije iz satelitskih galaksij izbere kopice zbranih halojev. Na sl. 8-10 shematično prikazuje to strukturo po Borkovi in Marsakovu z Južne zvezne univerze. Tukaj črka C označuje središče galaksije, S je približen položaj Sonca. Hkrati akumulacije z visoko vsebnostjo kovin pripadajo oblatenemu podsistemu. Podrobnejšo utemeljitev delitve kroglastih kopic na podsisteme bomo obravnavali v § 11.3 in § 14.3.

Kroglaste kopice so pogoste tudi v drugih galaksijah in njihova prostorska razporeditev v spiralnih galaksijah je podobna razporeditvi v naši Galaksiji. Opazno drugačen od galaktičnih kopic Magellanovih oblakov. Glavna razlika je v tem, da poleg starih objektov, tako kot v naši Galaksiji, v Magellanovih oblakih opazimo tudi mlade kopice - tako imenovane modre kroglaste kopice. Verjetno se v Magellanovih oblakih obdobje nastajanja kroglastih kopic bodisi nadaljuje ali konča relativno nedavno. Zdi se, da v naši Galaksiji ni mladih kroglastih kopic, podobnih modrim kopicam Magellanovih oblakov, tako da se je doba nastajanja kroglastih kopic v naši Galaksiji že zelo dolgo končala.

Kroglaste kopice so razvijajoči se objekti, ki med tem postopoma izgubijo zvezde. dinamični razvoj . Tako so vse kopice, za katere je bilo mogoče pridobiti visokokakovostno optično sliko, pokazale sledi plimske interakcije z Galaksijo v obliki razširjenih deformacij (plimski repi). Trenutno so takšne izgubljene zvezde opažene tudi v obliki povečanja gostote zvezd vzdolž galaktičnih orbit kopic. Nekatere kopice, ki krožijo blizu galaktičnega središča, so uničene zaradi njegovega plimovanja. Hkrati se zaradi dinamičnega trenja razvijajo tudi galaktične orbite kopic.

Na sl. 8-11 je diagram odvisnosti množice kroglastih kopic iz svojih galaktocentričnih položajev. Črtkane črte označujejo območje počasnega razvoja kroglastih kopic. Zgornja črta ustreza kritični vrednosti mase, ki je stabilna za učinki dinamičnega trenja , kar vodi do upočasnitve masivne zvezdne kopice in njenega padca v središče Galaksije, spodnjega pa - za disipacijski učinki ob upoštevanju plimskih kopic med letom skozi galaktično ravnino. Razlog za dinamično trenje je zunanji: ogromna kroglasta kopica, ki se giblje skozi zvezde polja, privlači zvezde, ki jih sreča na svoji poti, in jih prisili, da letijo okoli sebe zadaj po hiperbolični trajektoriji, zaradi česar nastane povečana gostota zvezd za njim, kar ustvarja upočasnjujoč pospešek. Zaradi tega se kopica upočasni in se začne približevati središču galaksije po spiralni poti, dokler v končnem času ne pade nanj. Večja kot je masa grozda, krajši je ta čas. Do disipacije (izhlapevanja) kroglastih kopic pride zaradi notranjega mehanizma zvezdno-zvezdne relaksacije, ki nenehno deluje v kopici in razporeja zvezde po hitrostih po Maxwellovem zakonu. Posledično zvezde, ki so prejele največje povečane hitrosti, zapustijo sistem. Ta proces se znatno pospeši s prehodom jate v bližini galaktičnega jedra in skozi galaktični disk. Tako lahko z veliko verjetnostjo rečemo, da grozdi, ki ležijo na diagramu zunaj območja, ki ga omejujejo ti dve črti, že končujejo svojo življenjsko pot.

Zanimivo je, da zraščene kroglaste kopice odkriti odvisnost njihovih mas od položaja v galaksiji. Polne črte na sliki predstavljajo neposredne regresije za genetsko povezane (črne pike) in zraščene (prazni krogi) kroglaste kopice. Vidimo lahko, da genetsko povezane kopice ne kažejo sprememb v povprečni masi z naraščajočo oddaljenostjo od galaktičnega središča. Po drugi strani pa obstaja jasna antikorelacija za narasle grozde. Tako se pojavi vprašanje, na katerega je treba odgovoriti, zakaj je v zunanjem haloju z naraščajočo galaktocentrično razdaljo (skoraj prazen zgornji desni kot na diagramu) vse večji primanjkljaj masivnih kroglastih kopic?

Morda bi bilo koristno prebrati: