Термин

Галактики – растянутые космические системы, состоящие из пыли, газа и множества звезд.

Звезды Млечного Пути - светлой серебристой полосы, опоясывающей все небо, составляют основную часть нашей сильно сплющенной звездной системы - Галактики.

Вид Млечного Пути для невооруженного глаза

Так как полоса Млечного Пути опоясывает небо по большому кругу, то мы находимся вблизи его плоскости, которую называют галактической. Дальше всего Галактика простирается вдоль этой плоскости. В перпендикулярном к ней направлении плотность звезд быстро падает, следовательно, Галактика в этом направлении простирается не так далеко.

Панорама Млечного Пути, сделанная в Долине Смерти, США, 2005 год

Панорама южного неба, сделанная около обсерватории Параналь, Чили, 2009 год

Мечный путь (https://78.media.tumblr.com/tumblr_mata7gW1hQ1rxx90eo8_r1_250.gif)

Иногда говорят, что Млечный Путь - это и есть наша Галактика. Млечный Путь - это видимое нами на небе светлое кольцо, а наша Галактика - это гигантский звездный остров. Большинство ее звезд находится в полосе Млечного Пути, но ими она не исчерпывается. В Галактику входят звезды всех созвездий.

Наблюдаемая структура Млечного Пути отчасти обусловлена реальным расположением слабых (т. е. далеких) звезд, из которых он состоит, отчасти тем, что местами их закрывают облака, содержащие космическую пыль.

Фотография участка Млечного Пути в созвездии Стрельца

Галактика состоит из 350миллиардов звезд. Возраст Галактики 13,7 млрд.лет.

Размеры Галактики были намечены по расположению звезд, которые видны на больших расстояниях. Это цефеиды и горячие сверхгиганты. Диаметр Галактики можно принять примерно равным 30 000 пк, или 100 000 световых лет, но четкой границы у нее нет, так как звездная плотность в Галактике постепенно сходит на нет.

В центре Галактики находится ядро диаметром 1000-2000 пк - огромное уплотненное скопление звезд. Оно расположено от нас на расстоянии почти 10 000 пк (30 000 световых лет) в направлении созвездия Стрельца, но почти целиком скрыто завесой облаков, содержащих космическую пыль.

В состав ядра Галактики входит много красных гигантов и короткопериодических цефеид. Звезды верхней части главной последовательности, а особенно сверхгиганты и классические цефеиды, составляют более молодое население. Оно располагается дальше от центра и образует сравнительно тонкий слой, или диск. Среди звезд этого диска расположена пылевая материя и облака газа. Субкарлики и гиганты образуют вокруг ядра и диска Галактики сферическую систему.

Всего существует три главных разновидности Галактик: спиральная, эллиптическая и неправильная. К первым относятся, например, наша и Андромеда. В центре расположены объекты и черная дыра, вокруг которых вращается ореол звезд и темная материя. Из ядра ответвляются рукава. Спиральная форма образуется из-за того, что галактика не прекращает вращения. Многие представители обладают лишь одним рукавом, но у некоторых их можно насчитать три и больше.

Мы проживаем в Галактике спирального типа с перемычкой, простирающейся на 1000000 лет в диаметре. Ядро в форме диска выпирает на 300000 св.лет и вмещает огромное количество звезд и черную дыру. Из четырех спиральных рукавов наша система расположена в рукаве Ориона.

2. Звездные скопления и ассоциации

Звездные скопления - это группа звезд связанные силой тяготения. Различают два вида звездных скоплений: рассеянные и шаровые. Сопоставим их свойства.

Рассеянные скопления состоят из десятков или сотен звезд главной последовательности и сверхгигантов со слабой концентрацией к центру.

Шаровые скопления состоят из десятков или сотен тысяч звезд главной последовательности и красных гигантов. Иногда они содержат короткопериодические цефеиды.

Размер рассеянных скоплений - несколько парсек. Размер шаровых скоплений с сильной концентрацией звезд к центру - десятки парсек.

В состав рассеянных скоплений входят также газ и пыль, которые не наблюдаются в шаровых звездных скоплениях.

Известно более 100 шаровых и сотни рассеянных скоплений, но в Галактике последних должно быть десятки тысяч. Мы видим лишь ближайшие из них.

3. Движения звезд в Галактике

Собственным движением звезды μ называется ее видимое угловое смещение по небу за один год на фоне слабых далеких звезд. Оно выражается долями секунды дуги в год.

Звезда Барнарда проходит за год дугу в 10", что за 200 лет составит 0,5°. За это звезду Барнарда назвали "летящей".

Линейные скорости звезд относительно Солнца (или Земли) обычно составляют десятки километров в секунду.

Фотограф из Австралии Линкольн Харрисон использовал выдержку до 15 часов.
В результате — движение звёзд отобразилось в виде цветных полосок

4. Движение Солнечной системы

Солнечная система движется в направлении созвездий Лиры и Геркулеса со скоростью 20 км/с по отношению к соседним звездам.

Звезды, близкие друг к другу на небе, в пространстве могут быть расположены далеко друг от друга и двигаться с различными скоростями. Поэтому по истечении тысячелетий вид созвездий должен сильно меняться вследствие собственных движений звезд.

Изменение видимого расположения ярких звезд созвездия Большой Медведицы вследствие их собственных 'движений: сверху - 50 тыс лет назад; в середине - в настоящее время; внизу - через 50 тыс. лет

5. Вращение Галактики

Все звезды Галактики обращаются вокруг ее центра. Угловая скорость обращения звезд во внутренней области Галактики примерно одинакова, а внешние ее части вращаются медленнее. Вращение Галактики происходит по часовой стрелке.

Солнечная Система совершает полный оборот вокруг центра Галактики примерно за 200 млн. лет со скоростью около 250 км/с.

По вращению Галактики оценивается ее масса, она составляет около 2*10¹¹ масс Солнца.

6. Межзвездная пыль и газ

В спиральных рукавах накапливается много пыли и газа, из-за чего создаются прекрасные условия для образования новых звезд.

Межзвёздный газ — это разряженная газовая среда, заполняющая всё пространство между звёздами. Межзвёздный газ прозрачен. Полная масса межзвёздного газа в Галактике превышает 10 миллиардов масс Солнца или несколько процентов суммарной массы всех звёзд нашей Галактики.

Средняя концентрация атомов межзвёздного газа составляет менее 1 атома в см³. Основная его масса заключена вблизи плоскости Галактики в слое толщиной 200-300 парсек. Плотность газа в среднем составляет около 10−21 кг/м³. Химический состав примерно такой же, как и у большинства звёзд: он состоит из водорода и гелия (90 % и 10 % по числу атомов, соответственно) с небольшой примесью более тяжёлых элементов.

Распределение газа в галактике может сильно отличаться от распределения звезд. Иногда газ прослеживается до значительно больших расстояний от центра галактики, чем звезды, наглядно демонстрируя, что галактика может продолжаться дальше своих оптических границ.

В газовой среде межзвездного пространства содержится и мелкодисперсный твердый компонент – межзвездная пыль. Она проявляет себя двояко.

Во-первых, пыль поглощает видимый и ультрафиолетовый свет, вызывая общее ослабление яркости и покраснение галактики. Наиболее непрозрачные (из-за пыли) участки галактики видны как темные области на светлом ярком фоне. Если смотреть на диск галактики «с ребра», то обычно бывает хорошо заметна пылевая полоса, пересекающая галактику по диаметру.

Во-вторых, пыль излучает сама, отдавая накопленную энергию света в форме далекого инфракрасного излучения (в диапазоне длин волн 50–1000 мкм). Пыль в галактиках является продуктом эволюции звезд.

Межзвёздная пыль полностью закрывает от нас ядро нашей Галактики. Если бы не это обстоятельство, на ночном небе между созвездиями Стрельца и Скорпиона сияло бы огромное размытое пятно, по яркости соперничающее с диском Луны.

Плотность пыли в космосе ничтожно мала даже по сравнению с разреженным межзвёздным газом. Расстояние между пылинками измеряется десятками метров.

Межзвёздная пыль состоит из двух видов частиц: графитовых (углеродных) и силикатных (то есть содержащих соединения кремния). Размер пылинок колеблется от одной миллионной до одной десятитысячной доли сантиметра.

В самом центре Галактики скрывается сверхмассивная черная дыра, превышающая по массе Солнце в миллиарды раз. Скорее всего, раньше она была намного меньше, но регулярный рацион из пыли и газа позволил ей вырасти. Это невероятная обжора, потому что иногда засасывает даже звезды. Конечно, напрямую ее увидеть невозможно, но гравитационное влияние отслеживается.

Черная дыра (http://www.mobilmusic.ru/animation/866094_chyornaya-dyra/)

Тума́нность — участок межзвёздной среды, выделяющийся своим излучением или поглощением излучения на общем фоне неба.

Деление туманностей на газовые и пылевые в значительной степени условно: все туманности содержат и пыль, и газ.

Тёмные туманности представляют собой плотные облака межзвёздного газа и межзвёздной пыли, непрозрачные из-за межзвёздного поглощения света пылью. Обычно они видны на фоне светлых туманностей.

Темная пылевая туманность Конская голова, окаймленная светлой пылевой туманностью.
Туманность удаленная на 1500 световых лет. Проживает на территории созвездия Орион и занимает место в Облаке Ориона.

Отражательные туманности являются газово-пылевыми облаками, подсвечиваемыми звёздами.

Туманность Голова Ведьмы – это слабая отражающая туманность

в созвездии Эридана. Туманность Голова Ведьмы

располагается на расстоянии около 900 световых лет от Земли.

Туманность Ирис - пылевые облака окружают молодую горячую звезду

Туманности, ионизованные излучением (эмиссионные), — участки межзвёздного газа, сильно ионизованного излучением звёзд или других источников ионизующего излучения.

Гигантская область звездообразования NGC 604

Планетарные туманности - светящиеся газовые оболочки, выбрасываемые звездами на определенной стадии их развития, которая является закономерным этапом для большинства звезд.

Планетарная туманность Кошачий глаз Туманность Бабочка (NGC 6302, Жук) – биполярная планетарная туманность,

удаленная на 3800 световых лет. Располагается на территории Скорпиона.

Наименование получила из-за кажущихся крыльев, простирающихся на 3 св. г.

Туманность Бумеранг (PGC 3074547) – протопланетная туманность, удаленная на 5000 световых лет.
Находится в Центавре, а температурный показатель опускается до -272.15 °С. Сейчас считается самой морозной точкой в пространстве.

Туманности, созданные ударными волнами. Основными источниками сильных ударных волн в межзвёздной среде являются взрывы звёзд — сбросы оболочек при вспышках сверхновых и новых звёзд, а также звёздный ветер (в результате действия последнего образуются т. н. пузыри звёздного ветра). Созданные таким образом туманности имеют вид расширяющейся оболочки, по форме близкой к сферической.

Наиболее яркие туманности, созданные ударными волнами, вызваны взрывами сверхновых звёзд и называются остатками вспышек сверхновых звёзд. Они играют очень важную роль в формировании структуры межзвёздного газа. Туманности, связанные со взрывами новых звёзд, малы, слабы и недолговечны.

Крабовидная туманность — остаток вспышки сверхновой Кассиопея А – остаток сверхновой, удаленный на 11000 св. лет.
Находится в созвездии Кассиопея, в диаметре на 10 св. лет.

Финский астрофотограф Дж.П. Мецаваинио сделал 3D-снимки туманностей. Для создания изображений он работал в обсерватории города Оулу в Финляндии.

Туманность Сердце - эмиссионная туманность, которая находится на расстоянии 7500 световых лет от Земли. Находится в рукаве Персея в галактике Млечный Путь в созвездии Кассиопея.

Скопление звезд Melotte 15 в центре туманности Сердце

ЗD туманности (http://surfingbird.ru/surf/3d-animatsiya-tumannostej-vo-vselennoj--iq99ac4BB#.WngqmqSWTIU)

Туманность Северная Америка — эмиссионная туманность в созвездии Лебедь. Эмиссионная туманность Пеликан, находится на расстоянии около 2 тысяч световых лет

Туманность Пеликана и туманность Северная Америка (http://maxpark.com/community/5919/content/2992100)

Туманность Вуаль — остатки сверхновой звезды в 1470 световых годах от Земли.

Тёмная материя в астрономии и космологии— гипотетическая форма материи, которая не испускает электромагнитного излучения и напрямую не взаимодействует с ним. Это свойство данной формы вещества делает невозможным её прямое наблюдение.

Около 80% пространства представлено материалом, который скрыт от прямого наблюдения. Речь идет о темной материи – вещество, которое не производит энергию и свет.

Ученые не могут разглядеть темную материю в прямом наблюдении, но эффекты доступны для изучения. Им удается уловить свет, изогнутый гравитационной силой невидимых объектов (гравитационное линзирование). Также замечают моменты, когда звезда совершает обороты вокруг галактики намного быстрее, чем должна.

Все это объясняется наличием огромного количества неуловимого вещества, воздействующего на массу и скорость. На самом деле, это вещество покрыто тайнами. Получается, что исследователи скорее могут сказать не, что перед ними, а чем «оно» не является. Она не производит свет и не наблюдается в прямой обзор. Следовательно, исключаем звезды и планеты. Она не выступает облаком обычной материи (такие частички называют барионами). Если бы барионы присутствовали в темной материи, то она проявилась бы в прямом наблюдении.

Исключаем также черные дыры, потому что они выступают гравитационными линзами, излучающими свет.

Пока у нас есть несколько идей о том, что собою представляет темная материя. Главная мысль – это экзотические частицы, не контактирующие с обычной материей и светом, но имеющие власть в гравитационном смысле. Сейчас несколько групп (одни используют Большой адронный коллайдер) работают над созданием частиц темной материи, чтобы изучить их в лабораторных условиях.

Другие думают, что влияние можно объяснить фундаментальной модификацией гравитационной теории. Тогда получаем несколько форм гравитации, что существенно отличается от привычной картины и установленных физикой законов.

Комбинированное изображение телескопа Хаббл, отображающее призрачное кольцо темной материи в скоплении галактик Cl 0024+17

Модель распределения темной материи во Вселенной 13.6 миллиардов лет назад

Задачи:

1. Каково расстояние до шарового звездного скопления, если в нем видно несколько короткопериодических цефеид? Их видимая звездная величина 15,5, а абсолютная 0,5. Каков линейный диаметр скопления, если его угловой диаметр 1'? Какую видимую звездную величину имело бы Солнце, если бы оно находилось от нас на том же расстоянии, что и указанное скопление?

2. Новая звезда в момент вспышки имела видимую звездную величину 3,2. Вычислите расстояние до нее, если известно, что большинство новых звезд этого типа имеют абсолютную звездную величину -8.

3. Сколько раз за время своего существования (Т=4,5·10⁹лет) Солнце успело обернуться вокруг центра Галактики (Т_с=2·10⁸ лет)?

4. Определите массу Большой газопылевой туманности в Орионе, если ее видимые размеры составляют около 1⁰, а расстояние до нее 400пк, а плотность газопылевой среды 10^-19 кг/м³.

2. К какой разновидности Галактик относится наша галактика?

3. В состав, каких звездных скоплений входит газ и пыль?

4. Как называется мелкодисперсный компонент звездного пространства?

5. Разряженная газовая среда, заполняющая всё пространство между звёздами.

6. Какие туманности представляют собой плотные облака межзвёздного газа и межзвёздной пыли, непрозрачные из-за межзвёздного поглощения света пылью?

7. Какие туманности являются газово-пылевыми облаками, подсвечиваемыми звёздами?

8. Какие туманности представляют собой светящиеся газовые оболочки, выбрасываемые звездами на определенной стадии их развития?

9. Какие туманности представляют собой участки межзвёздного газа, сильно ионизованного излучением звёзд?

10. Какие туманности вызваны взрывами сверхновых звёзд?

11. Что называется туманностью? (участок межзвёздной среды, выделяющийся своим излучением или поглощением излучения на общем фоне неба)

Планетарная туманность в созвездии Лиры имеет угловой диаметр 83'' и находится от нас на расстоянии в 660пк. Каковы ее линейные размеры в астрономических единицах?

4. Что называется межзвездной пылью, межзвездным газом?

5. Назовите виды туманностей, перечислите их особенности.

6. Движение звезд в галактике. Вращение в Галактике.