Наша Галактика. Млечный Путь

1.

Наша Галактика. Млечный Путь

2.

Вещество во Вселенной, в том числе и звезды,
распределены крайне неоднородно.
Звезды, облака межзвездного газа и пыли образуют в
пространстве объекты, называемые галактиками.
Галактики – наиболее распространенные,
наблюдаемые объекты во Вселенной.
Именно они позволяют нам изучать Вселенную
как целое, определять ее структуру и основные
свойства, т.е. являются основными объектами
космологии.

3.

Для галактических размеров используются специальные
единицы длины:
Световой год (расстояние, которое проходит свет за год)
1 св.г. = 0,946 1016 м
Парсек (Пк) 1пк = 3,086 1016 м = 206265 а.е. 3,26 св.лет

4.

В одной из галактик - «Млечный путь»
- находится наша Солнечная система.

5.

6.

Млечный путь
Полная фотокарта, составленная в Лундской обсерватории (Швеция).
Правее и ниже центра видны Магеллановы Облака.
Млечный Путь - полоса туманного света, опоясывающая небо, которая образуется светом огромного
количества звезд нашей Галактики. Предположение, что Млечный Путь скопище слабо светящих звезд,
впервые высказал Демокрит (460-370, Др.Греция), доказал это в декабре 1609 г. Галилео Галилей
(1564-1642, Италия), направив свой 32-х кратный телескоп на небо.

7.

Состав Галактики
Галактика является гравитационно-связанной космической системой: силы тяготения
играют решающую роль в ее существовании и наряду с силами инерции и силами
электромагнитной природы определяют структуру и основные свойства Галактики.
Состав:
Спиральная галактика NGC4414
Галактика - спиральная система
масса ≈ 3.1012 М ,
диаметр ≈ 100000 св.лет
светимость ≈ 2-4.1010 L .
возраст 13,7 ± 0,8 млрд. лет
200-350 млрд. звезд
скопления звезд (шаровые, рассеянные)
туманности (разных видов)
планетные тела и их системы
белые и коричневые карлики
нейтронные звезды
черные дыры
области ионизированного водорода
области нейтрального водорода
космическая пыль и газ
глобулы
космические лучи
магнитное поле
гравитационное поле

8.

Сферическое гало Млечного Пути
Диаметр 100 кПк
Состав: старые немассивные звезды, состоящие, в
основном, из водорода и гелия. Более тяжелых
элементов (Z>2) в 100 раз меньше, чем в Солнце.
Возраст 12 млрд.лет (порядка возраста Вселенной).

9.

Сферическое гало содержит шаровые звездные
скопления, содержащие до 106 звезд каждое.
Звёздные скопления сферической и эллипсоидальной
формы, называемые шаровыми.
Обнаружено 147 шаровых скоплений
М13
(NGC 6205)
Созвездие Геркулеса

10.

11.

М80 (NGC 6093)
Созвездие Скорпиона
М3 (NGC 5272)
Созвездие Водолея
В составе шаровых звёздных
скоплений много красных гигантов и
переменных звёзд, отсутствуют газ и
пыль. Множество красных гигантов
свидетельствует о значительном
возрасте шаровых скоплений,
который у наиболее старых
оценивается в 13— 15 млрд лет.

12.

13.

Дисковая подсистема Млечного Пути
Диаметр 30 кПк или 105 св.лет ( 1021 м)
Толщина 103 св.лет
Диск совершает дифференциальное вращение.
Линейная скорость вращения Солнца вокруг
центра Галактики 220 240 км/с.
Галактический год – период обращения Солнца
вокруг центра Галактики : 200 млн.лет.
Масса дисковой подсистемы 1.5 1011 М☼ .

14.

15.

Найти время полного оборота Солнечной системы
вокруг центра Галактики, полагая ее орбиту круговой

16.

В структуре Диска просматриваются спиральные рукава,
которые содержат молодые звезды.
(возраст несколько млрд. лет).
Схема рукавов
Млечного Пути
Темная зона –
невидимая с Земли

17.

18.

Дисковая подсистема содержит :
1) рассеянные звездные скопления (до тысячи звезд)
2) огромные облака газа размером до тысяч св.лет.
3) облака пыли, закрывающие от нас Ядро галактики.

19.

20.

Рассеяные звездные
скопления
Тесные звёздные группы неправильной формы
получили название рассеянных звёздных
скоплений. В каждом звёздном скоплении
звёзды имеют общее происхождение, связаны
между собой взаимным тяготением и вместе
движутся в пространстве.
Рассеянные звёздные скопления относят к
плоской составляющей Галактики, так как
они сравнительно молодые и расположены
вблизи плоскости Млечного Пути, где
концентрируются газ, пыль и молодые звёзды.

21.

Рассеянное звездное скопление Плеяды (М45)
Созвездие Тельца
Расстояние от Солнца
440 св.лет
Диаметр 12 св.лет
Масса 800 M☼
Содержит около 3000 звезд.
Невооруженным глазом обычно видно 6 слабых звезд

22.

Рассеянное звездное скопление Гиады
Созвездие
Тельца
Расстояние от Солнца 130 св.лет
Содержит около 400 звезд.
Диаметр 60 св.лет

23.

Рассеянное звездное скопление Ясли (М44)
Созвездие Рака
Расстояние от Солнца
577 св.лет
Диаметр 15 св.лет
Содержит
более 200 звезд
Ярчайшая звезда
Рака

24.

Солнце находится в дисковой подсистеме на границе
рукава Ориона на расстоянии около 25 св.лет ( 8 кПк)
от центра Галактики.
По этой причине
рукав Ориона
называют
Местным.

25.

Балдж
В средней части Галактики имеется утолщение балдж
размером около 8 тысяч Пк в поперечнике.

26.

Оценить концентрацию звезд в нашей Галактике и
среднее расстояние между ними

27.

Ядро Галактики
Область в центре Млечного Пути размером 0,01 Пк
с высокой концентрацией звезд.
Центр ядра проецируется на созвездие Стрельца.
Ядро закрыто от
Земли огромными
облаками темной
пыли.

28.

Ядро Млечного Пути является источником мощного
радиоизлучения, инфракрасного, рентгеновского и
гамма-излучения.
ИК-изображение
центральной части
Галактики размером
3 Пк

29.

Галактический (межзвездный) газ
В Млечном Пути газ сосредоточен в дисковой подсистеме.
Средняя плотность газа 10 24 г/см3 ( 1 атом/см3)
Газ распределен неоднородно: собран в облака размером
до 103 Пк.
Средняя плотность газа в облаках до 10 21 г/см3 и выше.
Плотность межоблачного газа значительно ниже
10 25 10 26 г/см3 .

30.

31.

Химический состав межзвездного газа
Основные компоненты: водород ( 70%), гелий ( 28%).
Доля молекулярного водорода по отношению к
атомарному варьируется в пределах 10 7 10 1.
В межзвездном газе обнаружено около 100 разных
соединений.
От простых : CH, CN, CS, OH, SO, NS, SIO, NO, CO, (и
их ионов) , HCN, HNO, H2O,... до полиамидов.
Температура газа, удаленного от звезд 100 K и ниже

32.

33.

Ионизированный межзвездный газ
Вокруг горячих звезд классов О и В образуются
огромные области ионизированного водорода
( зоны H II ).
Ионизированный водород представляет собой
плазму, состоящую из протонов и электронов.
Размер зон H II достигает 100 Пк.
Внутри зон H II может находится до 104 звезд.
Температура газа в зонах H II достигает 104 К.

34.

Зоны H II образуют «яркие» (эмиссионные) туманности.
Эмиссионная туманность М20

35.

Большая туманность Ориона.
Наблюдается
интенсивное
высвечивание
спектральной
линии H .

36.

Межзвездная пыль
Сосредоточена внутри дисковой подсистемы Галактики.
Химический состав: графит, силикаты, «грязный лед».
Лед представляет собой замерзшую воду, аммиак,
формальдегид.
Пыль содержит элементы: C, O, Si, Mg, Fe, Na, Al, Ca,
Ni, K, Ti, Cr, Mn, Co,…

37.

38.

Размер пылинок - около 1 микрометра.
Форма - преимущественно вытянутая.
Средняя плотность распределения пыли в Галактике
10 26 г/см3.
Суммарная масса пыли в Галактике 107 М☼. 108 М☼.
Пыль поглощает, рассеивает, поляризует свет
(селективно, в зависимости от длины волны).
Пыль образовалась в атмосферах красных гигантов и
рассеялась в межзвездном пространстве.

39.

Межзвездная пыль образует «темные туманности».
Облака темной пыли имеют размеры от 1 Пк до 50 Пк.
Облако пыли
«Конская голова»

40.

Темные туманности (или «угольные мешки»)
закрывают для наблюдений из Солнечной системы
центр Млечного Пути (ядро Галактики).

41.

Виды туманностей
NGC 2392 Планетарная туманность Эскимос
Тёмная тум. Угольный мешок (соз. Юж. Крест)
Эмиссионной туманности и
рассеянного звездного
скопления NGC 2264 за ней
Остаток сверхновой
Кеплера, SN 1604
Крабовидная туманность (диффузная, М1)
IC 2220 отражательная тум. "Пивная кружка"

42.

Магнитные поля
Полностью (в зонах H II) или частично
ионизированный газ содержит магнитные поля
напряженностью 10 5 гаусс.
Иначе говоря, в Галактике присутствуют области
устойчивой замагниченной плазмы.

43.

Радиоизлучение Галактики
Карл ЯНСКИЙ (1905-1950, США) в декабре 1931г открыл космическое радиоизлучение идущее из
Млечного Пути. Гроут Ребер (1911-2002, США ) составил в 1942г первую радиокарту неба и обнаружил,
что на волне 1,85 м излучает весь Млечный Путь, но наиболее сильно – его центральная часть.
Тепловое - рождается в горячем газе от случайного (теплового) движения заряженных частиц –
электронов и протонов. Исходит например от эмиссионных туманностей.
Нетепловое (обычно синхротронное) , интенсивность растет с увеличением длины волны. Оно
возникает при движении очень быстрых электронов в магнитном поле.
Звезды – слабые источники радиоволн. В 1970-х годах открыто радиоизлучение от газовых оболочек,
сброшенных новых звезд. В.Бааде и Р.Минковский из обсерваторий Маунт-Вилсон и Маунт-Паломар
(США) отождествили многие яркие радиоисточники с оптическими объектами, в том числе с остатками
взрыва сверхновых звезд. В 1967 Э.Хьюиш, Дж.Белл и их коллеги из Кембриджа (Англия) открыли
необычные переменные радиоисточники – пульсары.
Нейтральный атомарный водород –самый распространенный элемент излучает радиолинию с длиной
волны 21 см, обнаруженную в 1951г Х.Юэном и Э.Парселом.

44.

Космические лучи
Межзвездную среду пронизывают потоки
релятивистских частиц (электронов, протонов, ядер
атомов) с энергиями до 107 эВ 1020 эВ.
Взаимодействие релятивистских частиц с
магнитными полями приводит к генерации
синхротронного излучения.

45.

Вращение Галактики
Галактика обладает сложным характером
вращения вокруг своей оси. Галактика в целом
вращается, но не как жесткое тело, а поэтому она
постоянно деформируется. Собственные скорости
звезд в ядре достигает 1000-1500 км/с. Скорость
обращения галактических рукавов ниже скорости
движения отдельных звезд на том же расстоянии от
центра Галактики.
Солнечная система располагается вблизи экваториальной плоскости Галактики в
26000 св. лет от ее центра и делает оборот вокруг центра Галактики за 225-250
миллионов лет. Солнечная система перемещается относительно ближайших звезд
со скоростью 20 км/с в направлении созвездия Геркулеса и вместе с ними
вращается вокруг центра Галактики со скоростью 250 км/c в направление
созвездий Лебедя и Цефея. Точка небесной сферы, в направлении которой
движется Солнечная система, называется апексом (от лат. "вершина" - α=17h38ч,
δ=+30о).
Плоскость Галактики и плоскость Солнечной системы не совпадают, а
находятся под углом друг к другу и планетная система Солнца скорее катится, чем
плывет, совершая оборот вокруг центра Галактики.

46.

Проблема «темной материи»
Движения звезд в звездных скоплениях доказывает наличие
в галактике невидимых объектов с большой массой.
Кривая вращения дисковой галактики.
A — без учёта скрытой массы, B — наблюдаемая

47.

Кандидаты в темную материю:
1. Черные карлики (остывшие белые карлики)
2. «Чёрные дыры»
3. Темная пыль
4. Холодный газ
5. Массивные нейтрино

48.

Пока ещё вопросы
Среднее расстояние между звездами 1 Пк ?
Оценка массы Галактики 5 1044 г ?
Общая светимость 1045 эрг/c ?
Количество звезд в дисковой и сферической
подсистемах одинаково (по порядку величины) ?

49.

Домашнее задание
§28,29