Будова Галактики

Зорі в Галактиці утворюют ь певні системи, які тривалий час існуют ь у спільному гравітаційному полі. Більшість зір рухаєть­ ся у подвійних та кратних системах, у яких ком­ поненти обертаються навколо спільного центра мас подібно до обертання планет Сонячної системи. Най- чисельніші системи об'єднання зір налічують сотні тисяч об'єкті в — це зоряні скупчення та асоціації. Кулясті зоряні скупчення складаються з мільйонів зір  . Розсіяні зоряні скупчення мають кіль­ ка тисяч об'єктів (найяскравіші з них Плеяди (Сто­ жари)  та Пади видно неозброєним оком у сузір'ї Тельця). У зоряні асоціації входять відносно молоді зорі, які мають спільне походження. Галактику часто зображують як зоряну систе­ му у вигляді велетенського млинця, у якому зорі ру­ хаються в одній площині. Насправді Галактика має сферичну форму з діаметром майже 30000 0 св. років, але більшість зір великої світності розміщуються при­ близно в «дній площині, тому їх видно на небі як ту­ манну світлу смугу, яку в Україні називають Чу­ мацький Шлях. Назва Галактика прийшла з Давньої Греції і в перекладі означає Молочний Шлях . Зверніть увагу, що всі яскраві зорі (сузір'я Оріон, Ле­бідь, Ліра, Орел) розташовуються у смузі Молочного Шляху. У цій площині розташовується значна части­ на газопилових туманностей  , з яких утво­ рюються нові покоління зір і планет. Усі ці об'єкти формують так звану плоску складову Галактики, до якої входить і Сонячна система . Старі зорі малої світності, які входять у кулясті скупчення, належать до сферичної складової Галактики. За хімічним складом зорі кулястих скупчень містять у сотні разів менше важких хіміч­ них елементів, ніж Сонце, бо це зорі першого покоління, які сфор­ мувалися разом з утворенням Галактики ще 10—15 млрд років то­ му. Зародження молодих зір і планетних систем зараз відбувається тільки у площині Галактики, де газопилові туманності утворюють­ ся після вибуху Нових та Наднових зір. 

Центр Галактики

Центр Галактики розташований у напрямку сузір'я Стрільця, але ця область захована від нас величезними хмарами пилу, який погли­ нає випромінювання у видимій частині спектра . У центрі Галактики розміщене ядро діаметром 1000— 2000 пк. Існує гіпотеза, що у ядрі Галактики роз­ ташовується чорна діра з масою у мільйони разів більшою, ніж маса Сонця. У центрі Галактики, по­ близу ядра, існує своєрідна опуклість — округлий виступ, де концентруються зорі й хмари гарячого газу, які розміщуються від нас на відстані майже 10000 пк. Ці хмари оточують центр Галактики щільним покривалом, тому за допомогою оптичних телескопів ми не можемо безпосередньо спостері­ гати її ядро. Тільки за допомогою радіотелескопів та телескопів інфрачервоного і рентгенівського ді­ апазонів зареєстровано інтенсивне випромінюван­ ня центра (ядра) Галактики.

Обертання зір у Галактиці

Сонце розташоване поблизу площини Галактики на відстані 2500 0 св. років від її ядра. Вектор швидкості Сонця відносно найближ­ чих зір спрямований до сузір'я Геркулес. Разом з усіма сусідніми зо­ рями Сонце обертається навколо ядра Галактики з і швидкіст ю 2 5 0 км/с . Період обертання Сонця навколо ядра називається галак­ тичним роком, який дорівнює 25000000 0 земних років. Аналіз швид­ кості обертання зір свідчить про суттєву відміну між поведінкою об'єктів у сферичній та плоскій складових Галактики. Якщо зорі плос­ кої складової обертаються навколо центра Галактики поблизу однієї площини, то зорі сферичної складової об'єднані у величезні кулясті скупчення, що обертаються навколо центра по витягнутих орбітах у різ­ них площинах. До того ж, період обертання цих скупчень показує, що значна маса Галактики розподілена саме у сферичній складовій. Це мо­ жуть бути об'єкти малої маси, які не випромінюють енергію у види­ мій частині спектра, або чорні діри малої маси  .

Однією з таємниць Галактики є так звані спіральні рукави, які зароджуються десь біля її центра. Сонце розташовується на перифе­ рії одного з таких рукавів, що закручений у площині галактичного диска. Астрономи вважають, що спіральні рукави виникають як спі­ ральні хвилі густини, які створюються під час стиснення хмар між­ зоряного газу на початковому етапі формування зір . У свою чергу, при виникненні зір у між­ зоряних хмарах газу та пилу виникають ударні хви­ лі, що призводить до утворення молодих зір. Коли масивні зорі спалахують як Наднові, то теж утворю­ ються нові туманності, й нові ударні хвилі поширю­ ються у міжзоряному просторі. Тобто формування од­ нієї групи зір забезпечує створення механізму для утворення нового покоління зір. Цей процес інколи називають формуванням зір за допомогою самороз- множення. Такий перебіг подій може формувати спі­ ральні хвилі густини не тільки в нашій Галактиці, але й в інших спіральних галактиках.

Найближчі сусіди Галактики

Спостерігаючи інші галактики, астрономи звернули увагу на те, що не всі вони мають спіральну структуру. За зовнішнім виглядом іс­ нують три типи галактик — спіральні, еліптичні та неправильні. Наша Галактика, так само як і га­ лактика в сузір'ї Андромеди М31 , належить до спіральних. Вони мають схожий вигляд, майже однакові розміри і приблизно однакову кількість зір. Галактика М3 1 розташована на відстані 2 млн св. років від Землі — це найдальший об'єкт у Все­ світі, який ще можна спостерігати неозброєним оком . Найближчі до нас галактики, Ве­ лику та Малу Магелланові Хмари (ВМХ, ММХ), можна побачити на небі Південної півкулі.

У спіральних рукавах галактик зараз відбувається інтенсивне народження молодих зір та формування планетних систем, у той час як в еліптичних галактиках більше старих жовтих та червоних зір. Можливо, що в еліптичних галактиках процес утворення зір уже за­ кінчився. 

Розподіл галактик у Всесвіті

Спостерігаючи гравітаційну взаємодію планет і зір, астрономи звернули увагу на своєрідну ієрархічну структуру руху космічних тіл:

1. Планети та їхні супутники, що обертаються навколо своєї зорі.

2. Зоряні скупчення, які налічують тисячі й на­ віть мільйони об'єктів.

3. Галактики об'єднують у спільне гравітаційне поле сотні мільярдів зір, які обертаються навко­ ло одного ядра.

4. Скупчення галактик, які налічують мільйони об'єктів.

Наша Галактика й галактика М3 1 входять до Місцевої групи галактик. Найбільші скупчення галак; тик спостерігаються у сузір'ях Діви та Волосся Веро­ ніки . У цьому напрямку астрономи від­ крили своєрідну Велику стіну, де на відстані 500 млн св. років виявляється значне збільшення кількості га­ лактик у порівнянні з іншими напрямками. Окремі галактики взаємодіють між собою, навіть відбувають­ ся їхні зіткнення, коли одна галактика поглинає іншу,— спостері­ гається своєрідний галактичний «канібалізм» . На остан­ ній, четвертій, ступені ієрархічної структури скупчення галактик майже не взаємодіють між собою, тому не виявлено якогось спіль­ ного центра, навколо якого могли б обертатися мільйони галактик. Ще однією характерною рисою розподілу галактик у просторі є те, що вони розміщені у Всесвіті у великому масштабі не хаотично, а утворюють дуже дивні структури, які нагадують величезні сітки з во­ локон. 

Ці волокна оточують гігантські, відносно пусті області — nor рожнечї. Деякі порожнечі мають діаметр 300 млн св. років — на сьо­ годні це найбільші відомі утворення у Всесвіті. Імовірнішим поясненням цієї волокнистої структури Всесвіту є те, що галактики у просторі роз­ ташовані на поверхні величезних бульбашок, а порожнечі є їхньою внут­ рішньою областю. З поверхні Землі нам тільки здається, що галакти­ ки розташовані подібно до намиста, яке нанизане на волокнах, бо ми їх бачимо на обідках величезних космічних бульбашок . Най­ більшим із таких космічних волокон у структурі галактик і є Велика Стіна завдовжки 600 млн св. років і завширшки 200 млн св. років. Просторова модель Всесвіту нагадує шматок пемзи, який у цілому має однорідну структуру, але окремі об'єкти мають порожнини.

Моделі Всесвіту

 Для побудови моделі Всесвіту необхідно дати відповідь на та­ ке запитання: «Чи має Всесвіт якусь межу у просторі?» . Нескінчен­ ний і безмежний у просторі та часі Всесвіт при­ вертає до себе увагу тим, що він не має країв і містить нескінченну кількість зір та галактик. Але в такому вічному та безмежному Всесвіті виникають суперечності, які в астрономії нази­ вають космологічними парадоксами. Існують три космологічні парадокси: фотометричний, граві­ таційний та «теплої смерті» Всесвіту. Ми розглянемо тільки фотометричний парадокс, який був сформульований у 1744 р. швейцарським астрономом Ж. Шезо та доповнений німецьким астрономом І. Ольберсом у 1826 р. Коротко суть цього парадокса можна виразити в такому запитанні: «Якщ о Всесвіт нескінченний, то чому вночі темно?» . Здається, що на це запитання зможе відповісти кожний учень, адже зміну дня і ночі вивчають у початковій школі. Але треба пам'ятати: над нічною поверхнею Землі світить безліч зір без­ межного Всесвіту, які випромінюют ь нескінченну кількість енергії, тому освітлення від зір і галактик має бути не меншим за освітлення, яке створює Сон­ це. Але з власного досвіду ми бачимо, що вночі небо набагато темніше, ніж удень. Математики запропону­ вали таку модель Всесвіту, у якій можна спростува­ ти фотометричний парадокс. Всесвіт може бути без­ межним, але скінченним. В одновимірному просторі такий безмежний скінченний світ — це звичайне ко­ло або будь-яка інша замкнена крива . За­ чинений двовимірний простір — поверхня сфери, яка не має межі, але площа поверхні-сфери є скінченною величиною . Ми живемо у тривимірному просторі, і важко уявити собі такий закритий Всесвіт, який не має межі, але має скінченний об'єм і, отже, обмежену кількість зір і галактик. У такому Всесвіті немає центра, всі точки в ньому рівноправні й у всіх на­ прямках простір однорідний. На практиці важко пе­ ревірити, у якому просторі мешкають якісь істоти, і дізнатися, чи є простір скінченним. Якщо простір закритий, то мандрівник, подорожуючи в одному на­ прямку, може зробити кругосвітню мандрівку й по­ вернутися в точку старту. В історії земної цивілізації першу таку подорож здійснив Магеллан (1480—1521), який довів, що поверхня Землі є закритим двовимір­ ним простором. У тривимірному Всесвіті космонавти ніколи не зможуть завершити таку навколосвітню мандрівку, тому перевірку можна зробити тільки за допомогою теоретичних міркувань.