CC BY
28
УДК 524.62; 524.66; 524.68
СТЕНД «ГАЛАКТИКИ» В ЭКСПОЗИЦИИ «ЗЕМЛЯ ВО ВСЕЛЕННОЙ»
О.П. Иванов, М.А. Винник, А.А. Коснырева1
Представлен стенд «Галактики» нового экспозиционного комплекса Музея землеведения на 30 этаже. Стенд демонстрирует основные достижения в исследовании галактик. Рассмотрены основные типы галактик, особое внимание уделено нашей Галактике. Показано строение центра Галактики, особенности диска и гало; даны основы формирования систем галактик.
Ключевые слова: наша Галактика, диск, гало, системы галактик, тёмная материя.
THE STAND OF «GALAXY» IN THE EXHIBITION «THE EARTH IN THE UNIVERSE»
O.P. Ivanov, PhD, M.A. Winnick, Dr.Sci (Pedagogic), A.A. Kosnyreva Lomonosov Moscow State University (the Earth Science Museum); Moscow State Pedagogical University
On the stand demonstrates major achievements in the study of galaxies. The basic types of galaxies, with particular emphasis given Our Galaxy. The structure of the galactic center, the features of the disk and halo; basics of formation of systems of galaxies.
Keywords: our Galaxy, disk, and halo, the system of galaxies, dark matter.
Введение. Новый экспозиционный комплекс «Земля во Вселенной» предназначен для доступного изложения экспозиционными методами специфики сложного современного мира для самого широкого круга посетителей Музея. Он располагается в зале №2 Музея землеведения МГУ имени М.В. Ломоносова на 30-м этаже. В основу научной концепции комплекса положена картина сложного мира, базирующаяся на теории сложных систем. Логическая канва расположения стендов - от мегамира к мезомиру, т. е. от стендов космоса (Вселенная, галактики, звезды, Солнечная система) к стендам систем (Солнце, Земля, солнечно-земные связи) и далее к подсистемам Земли. Попутно рассматриваются принципы взаимодействия между системами и подсистемами.
Структура стенда «Галактики». Стенд предназначен для иллюстративной демонстрации основных сведений по строению и динамике основных типов галактик и в особенности нашей Галактики в экспозиции «Земля во Вселенной». Он состоит из ряда тематических информационных блоков. Совокупность этих тематик позволяет составить достаточно полное представление о роли галактик в эволюции Вселенной.
Вверху стенда располагается информация о современных достижениях в исследовании галактик. Представлены снимки галактик в различных спектрах излучения.
Совершенствование наблюдательной базы, вступление в строй крупнейших наземных и космических телескопов в конце XX столетия привело к беспрецедентному росту наблюдательных данных о галактиках во всех диапазонах длин волн и развитию новых направлений в астрономии.
1 Иванов Олег Петрович - к.г.-м.н., в.н.с. сектора геодинамики Музея землеведения МГУ, ivanovop2007@ yandex.ru; Винник Михаил Анатольевич - д.пед.н., с.н.с. Музея Землеведения МГУ, [email protected]; Коснырева Анастасия Александровна - аспирант Московского педагогического государственного университета (МПГУ).
80 Жизнь Земли 38(1) 2016 80-84
Космический телескоп Hubble сделал снимок скопления галактик CL0025+1654. Проведя анализ распределения светящегося вещества и свойств гравитационного лин-зирования, обусловленного полной массой скопления, исследователи установили характер распределения темной материи.
Инфракрасные космические обсерватории, такие как Spitzer и Herschel, навели исследователей на ранее невиданные процессы, связанные с рождением звёзд и формированием галактик.
Рентгеновская обсерватория ROSAT в крупных скоплениях галактик зафиксировала разреженный горячий газ, заполняющий межгалактическое пространство.
Микроволновая обсерватория Planck зарегистрировала излучение чрезвычайно удалённых галактик с активным звездообразованием. Наблюдения обсерватории также подтвердили известную теорию происхождения аномального микроволнового излучения, появление которого связывают с быстрым вращением микроскопических частиц пыли.
Наша Галактика и её окрестности. Местная группа галактик - гравитационно связанная группа галактик, включающая нашу Галактику, галактику Андромеды (M31) и галактику Треугольника (М33) (центр). Группа включает в себя более 50 галактик различного морфологического типа.
Местную группу можно разделить на несколько подгрупп:
- подгруппа Млечного Пути состоит из нашей Галактики и 14 её известных спутников, самые большие из которых Большое и Малое Магеллановы Облака. Постепенно Магеллановы Облака приближаются к центру Галактики, теряют связь друг с другом и вещество из своих внешних областей: вдоль орбиты за ними тянется «хвост» из потерянных звёзд и газа - Магелланов Поток (справа);
- подгруппа Андромеды весьма похожа на подгруппу Млечного Пути: она состоит из спиральной галактики Андромеды М31 (слева) и её 18 известных спутников, являющихся в основном карликовыми галактиками;
- подгруппа Треугольника - галактика Треугольника (М33) и её возможные спутники;
- прочие карликовые галактики, которые нельзя определить ни в одну из указанных подгрупп [1].
Строение нашей Галактики. В центре стенда располагается блок, посвященный строению нашей Галактики (рис. 1). Галактика представляет собой сложную звёздную систему, состоящую из множества разнообразных объектов, связанных между собой гравитационным взаимодействием. Наша Галактика относится к спиральным галактикам с перемычкой (баром) (см. рис. 1, справа). Галактику населяет порядка 100 млрд звёзд. Масса Галактики оценивается в 300 млрд масс Солнца, большая часть которой содержится не в звёздах и межзвёздном газе, а в несветящемся гало из тёмной материи. По геометрическим соображениям Галактику можно разделить на три основные части:
1) центральная часть Галактики (ядро), состоящая из миллиардов старых звёзд;
2) относительно тонкий диск из звёзд, газа и пыли диаметром 100 000 световых лет и толщиной несколько тысяч световых лет;
3) сферическое гало, содержащее карликовые галактики, шаровые звёздные скопления, отдельные звёзды, группы звёзд и горячий газ (рисунок слева).
Рис. 2. Центр Галактики.
Рис.1. Строение нашей Галактики.
В плоскости диска Галактики расположены как минимум 5 спектральных рукавов: рукав Лебедя, рукав Ориона, рукав Персея, рукав Стрельца и рукав Наугольника. Наша Солнечная система сейчас находится в небольшом рукаве Ориона (см. рис. 1, слева).
Центр Галактики. Левый тематической блок посвящён строению центра Галактики и процессам, происходящим в нём (рис. 2). Галактический центр - сравнительно небольшая область в центре Галактики, с радиусом около 1000 парсек. Для центральных участков Галактики характерна сильная концентрация звёзд. В центральной части Галактики находится утолщение, которое называется балджем, имеющее эллипсовидную форму и наделенное баром.
В самом центре Галактики находится компактный источник нетеплового излучения Стрелец А* (см. рис. 2, центр). Радиоизлучение этого источника, по-видимому, имеет синхротронную природу. Временами наблюдаются быстрые изменения потока излучения. Нигде в другом месте Галактики подобных источников излучения не обнаружено, зато такие источники имеются в ядрах других галактик [1].
Судя по всему, в самом центре ядра Галактики находится сверхмассивная чёрная дыра с массой около 4 млн масс Солнца, что показано исследованием траекторий орбит близлежащих звёзд (см. рис. 2, сверху).
Излучение источника Стрелец А* вызвано аккрецией газа на чёрную дыру. Все чёрные дыры в процессе своей «жизнедеятельности» способны обладать одним из двух состояний: первое - это состояние покоя, в котором сейчас находится чёрная дыра в центре нашей Галактики, а второе - это состояние активности. Активные галактики (Центавр А) испускают струи плазмы и быстрых частиц (джеты), простирающиеся на сотни и тысячи световых лет (см. рис. 2, снизу).
Диск и гало. Правый тематический блок посвящён галактическому диску и гало. Здесь даётся информация о населении Галактики и о кривой вращения.
Галактика содержит две основных подсистемы, вложенные одна в другую и гравитационно-связанные друг с другом. Первая называется сферической - гало, её звёзды концентрируются к центру галактики, а плотность вещества, высокая в центре галактики, довольно быстро падает с удалением от него. Вторая подсистема - это массивный звёздный диск. Он представляет собой как бы две сложенные краями тарелки. В диске концентрация звёзд значительно больше, чем в гало. Звезды галактического диска были названы населением I типа, звёзды гало - населением II типа [2].
К населению I относится большинство наблюдаемых звёзд главной последовательности, сверхгиганты, большая часть красных гигантов, облака межзвёздного газа и пыли, а также звёздные ассоциации и рассеянные звёздные скопления. Самые известные среди них - Плеяды и Гиады в созвездии Тельца [3]. Типичным представителем населения диска является звездное скопление плеяды М45.
К населению II типа относятся шаровые скопления, субкарлики и переменные звёзды. Ярким представителем населения II типа является шаровое скопление звёзд 37 Тукана.
Кривая вращения Галактики является «пологой» - снаружи от центрального балджа скорость является практически постоянной функцией от радиуса. Кривая вращения галактик характерна для всех спиральных галактик (см. рис. 2, снизу). В настоящий момент считается, что эта кривая выдаёт присутствие «тёмной материи», которая пронизывает Галактику и простирается до галактического гало [1].
Основы формирования систем галактик. Нижний тематический блок посвя-щён формированию галактик. Здесь представлен сценарий формирования галактик, их классификация. На ранней стадии отделилось реликтовое излучение, мы его видим как трёхградусный фон. Первым отделилось гравитационное взаимодействие, которое стало формировать отдельные скопления газа. Газ внутри конденсировал, в результате чего началось рождение звёзд и формирование шаровых скоплений. Темпы звёздообразования в этот период галактической эволюции определяют тип галактики. Первая классификация галактик была разработана Эдвином Хабблом в 1926 г. Классификация с незначительными изменениями используется астрономами всего мира и сегодня. Согласно этой классификации галактики делятся на пять основных типов:
- эллиптические галактики (Е) - более или менее сплюснутые сфероиды с сильной концентрацией к центру. Эллиптические галактики лишены структурных деталей и подразделяются на подтипы от Е0 до Е7 по степени сжатия;
- спиральные галактики (8) состоят из уплощенного диска из звёзд и газа, в центре которого находится балдж, а также обширного сферического гало. В плоскости диска формируются яркие спиральные рукава. Спиральные галактики составляют
Рис. 3. Блок «Основы формирования систем галактик».
две последовательности - нормальных (S) (без бара) (рис. 3, слева третий верхний) и пересечённых (SB) (с баром) (справа первый верхний рисунок);
- линзообразные галактики (S0) имеют то же строение, что и спиральные, но в них отсутствует спиральная структура. От эллиптической она отличается более сильным сжатием и наличием тёмного пылевого слоя (см. рис. 3, слева верхний центральный);
- неправильные (иррегулярные) галактики (Irr) характеризуются отсутствием центрального сгущения и неправильной формой (см. рис. 3, правый верхний центральный);
- карликовые галактики (d) - небольшие галактики, состоящие из нескольких миллиардов звёзд (см. рис. 3, справа нижний правый). Подразделяются на карликовые эллиптические (dE) и карликовые иррегулярные (dIr) галактики.
Пекулярные галактики - это галактики, которые невозможно отнести к определённому классу в последовательности Хаббла, поскольку они обладают ярко выраженными индивидуальными особенностями (слева верхний левый рисунок). К особенностям строения таких галактик относятся искажения структуры, наличия пылевых полос, выбросов вещества и т. д.
ЛИТЕРАТУРА
1. Активные ядра галактик: Материал из Википедии (https://ru.wikipedia.org/wiki/)
2. Физика галактик и галактических ядер: Соросовская Энциклопедия (http://www.astronet. ru/db/msg/1210263)
3. Звёздная астрономия в лекциях (http:// www.astronet.ru/db/msg/1245721)
REFERENCES
1. Active galactic nuclei: Wikipedia (https:// ru.wikipedia.org/wiki/) (in Russian).
2. The physics of galaxies and galactic nuclei: Soros Encyclopedia (http://www.astronet.ru/db/ msg/1210263) (in Russian).
3. Stellar astronomy lectures (http://www. astronet.ru/db/msg/1245721) (in Russian).
