Галактика, Млечный Путь. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Галактика, Млечный Путь (от греч. galaktikos - молочный, млечный) - обширная звёздная система (содержащая ~10¹¹ звёзд), к к-рой принадлежит Солнце и вместе с др. членами Солнечной системы Земля.

Галактика (Млечный Путь) включает звёзды различных типов и межзвёздную среду, в т. ч. магн. поля, частицы высоких энергий (космические лучи). По своей структуре Галактики принадлежит к спиральным галактикам. Б. ч. видимых звезд Галактики занимает в пространстве объем, имеющий форму диска, а меньшая часть образует гало сферич. формы (рис. 1). В центр. части диска имеется утолщение (балдж). Поперечник диска Галактики

30 кпк, балджа

8 кпк. Галактика имеет плоскость симметрии, к-рую наз. галактич. плоскостью (плоскость диска), иось симметрии (ось вращения Галактики). В галактич. плоскости находятся типичные для спиральных галактик крупномасштабные образования - спиральные рукава. В них сосредоточены почти все горячие звёзды высокой светимости и значит. часть газово-пылевой материи. Солнце расположено практически в галактич. плоскости на расстоянии Rс ок. 10 кпк от галактического центра на внутр. краю рукава, носящего назв. рукава Ориона.

Рис. 1. Строение Галактики (сечение Галактики плоскостью, содержащей ось вращения и Солнце, схема).

Рис. 2. Зависимость линейной скорости вращения

Галактики от расстояния (R)до галактического центра (по Г. Ругору и Я. Оорту).

Масса Галактики (M_Г), оцениваемая по движению звёзд в общем гравитац. поле Галактики, составляет ~10¹¹

(масса Солнца

=1,99*10³³ г). На звёздную составляющую приходится ок. 98% M г, на газ и др. компоненты межзвёздной среды - ок. 2% M_Г. Возможно, Галактика обладает значит. скрытой массой, сосредоточенной в галактич. короне и увеличивающей массу Галактики в неск. раз.

Данные о строении Галактики получены гл. обр. методами оптич. и радиоастрономии. В оптич. диапазоне возможности исследований ограничены межзвездным поглощением света. Пространственная концентрация звёзд уменьшается с удалением от центра Галактики: в центре она составляет неск. миллионов звёзд в 1 пк³, на расстоянии R=1 кпк от центра - неск. звёзд в 1 пк³, в галактич. окрестностях Солнца (R

10 кпк) - примерно 1 звезда на 8 пк³.

Большинство звёзд Галактики входит в состав двойных звёзд, кратных звёздных систем, рассеянных и шаровых звездных скоплений. Рассеянные скопления, содержащие каждое неск. сотен, а иногда тысяч звёзд, довольно равномерно распределены по радиусу галактич. диска, но сильно концентрируются к галактич. плоскости. В отличие от них шаровые звёздные скопления, включающие каждое неск. десятков и даже сотен тысяч звёзд, слабо концентрируются к галактич. плоскости и очень сильно к центру Галактики. Всего открыто ок. 130 шаровых скоплений (из общего предполагаемого числа

500) и ок. 1000 рассеянных скоплений (всего их может быть 10 000-50 000).

Значит. сплюснутость диска Галактики указывает на её быстрое вращение вокруг оси. Вращение диска Галактики является дифференциальным (см. рис. 2 и ст. Вращение галактик ).В галактич. окрестности Солнца угл. скорость вращения w зависит от расстояния R от оси вращения Галактики как ~1/R, т. е. линейная скорость

примерно постоянна и составляет 220-250 км/с. (В 1985 Междунар. астрономич. союз рекомендовал принять R_С=8,5 кпк и

=220 км/с.) При R>15 кпк линейная скорость вращения либо остаётся постоянной, либо даже слегка возрастает, что обусловлено, вероятно, существованием у Галактики массивной короны. Период вращения Галактики в окрестности Солнца составляет 240-250 млн. лет, это - т. н. галактический год.

На скорость галактич. вращения каждой звезды накладывается остаточная (пекулярная) скорость, присущая самой звезде (см., напр., Апекс ).Дисперсия остаточных скоростей, так же как и скорость вращения вокруг центра Галактики, различна у разных типов галактич. объектов. Чем выше дисперсия скоростей и чем ниже круговая скорость, тем по более вытянутым орбитам движутся объекты.

Галактич. объекты различаются по возрастам, хим. составу, пространственным положениям и кинематич. характеристикам. По пространственному положению и различию диаграмм "светимость - показатель цвета" В. Бааде (W. Baade, 1944) разделил объекты на два типа населения: население I (диск) и население II (гало). Это деление получило дальнейшее развитие: Б. В. Кукаркин и П. П. Паренаго в 1942-49 по пространственно-кинематич. характеристикам разл. групп объектов в Галактике разделили её на три составляющие (плоскую, промежуточную и сферическую). Иногда выделяют 5 составляющих. Плоская и промежуточные составляющие образуют диск Галактики. Кроме этого, население Галактики делят на подсистемы - группы объектов со сходными физ. характеристиками (подсистемы цефеид, рассеянных скоплений и т. д.). Наблюдаются корреляции между возрастом, составом, пространственными и кинематич. характеристиками объектов, связанные с формированием и эволюцией Галактики. Сохранение таких корреляций в течение всей эволюции Галактики, возраст к-рой

10-15 млрд. лет, объясняется тем, что звёзды образуют бесстолкновит. систему с временем релаксации

Поэтому каждая группа звёзд сохранила те пространст-венно-кинематич. характеристики, к-рые она приобрела в процессе образования. Совокупность подсистем со сходными пространственно-кинематич. характеристиками относят к одному типу населения (одной и той же составляющей Галактики).

Население II - это очень старые объекты, возраст к-рых близок к

. Среди них нет звёзд с массами, заметно превосходящими солнечную

. Подавляющее большинство звёзд имеет массу не более 0,85

. Для звёзд населения II характерны пониженное по сравнению с Солнцем и др. звёздами населения I содержание металлов, сильная концентрация к центру Галактики и отсутствие концентрации к плоскости Галактики. Все они движутся вокруг центра Галактики по очень вытянутым и хаотически ориентированным орбитам с большими эксцентриситетами, движение мало упорядоченное, т. е. велика дисперсия остаточных скоростей (100-150 км/с). Они образуют сферич. составляющую (гало) Галактики. К населению II относятся подсистемы шаровых скоплений, планетарных туманностей, короткопериодич. цефеид, красных гигантов и др.

Среди населения I (диска) встречаются звёзды всех масс и очень широкого диапазона возрастов - практически от 0 до 10¹⁰ лет.

Самую плоскую подсистему с полутолщиной ок. 100 пк по нормали к плоскости Галактики образуют массивные звёзды высокой светимости спектральных классов О и В, межзвёздные газ и пыль, в т. ч. самые многочисленные (неск. тыс.) из массивных (

10⁵

) образований в Галактике - гигантские молекулярные облака (ГМО) и диффузные туманности (зоны H II), космич. мазеры, часть рассеянных скоплений. Возраст этих объектов мал по сравнению с

и составляет в среднем (кроме, видимо, ГМО)

галактич. года. Эти объекты вращаются по почти круговым орбитам вокруг центра Галактики, дисперсия остаточных скоростей у них мала (5-15 км/с). Все они, кроме, видимо, нек-рой части ГМО, связаны со спиральными ветвями. Только в этой подсистеме имеются очаги звездообразования (последние неск. млрд. лет звездообразование в Галактике происходит только в самой плоской подсистеме Галактики). В спиральных ветвях замечены признаки градиентов возрастов звёзд поперёк ветвей, указывающие, что звездообразование протекает вблизи внутр. края ветвей, где находятся осн. газопылевые комплексы межзвёздной среды.

Большинство объектов Галактики сосредоточено в диске Галактики и образует промежуточную составляющую Галактики. Они обладают умеренной дисперсией остаточных скоростей (35-45 км/с), эксцентриситеты их галактич. орбит не превосходят 0,5, они концентрируются к плоскости Галактики и к её центру, содержание элементов в них близко к солнечному. Возраст самых старых звёздных скоплений населения I не превосходит 5-7 млрд. лет. В особую составляющую, видимо, следует выделить балдж Галактики. Население балджа по многим параметрам близко к промежуточной составляющей Галактики, но с более высокой дисперсией скоростей. По своим параметрам балдж похож на внутр. части крупных эллиптич. галактик.

Центр. часть Галактики, не видимая в оптич. диапазоне из-за сильного межзвёздного поглощения, интенсивно изучается методами ИК- и радиоастрономии. В центре Галактики находится сильный радиоисточник Стрелец А, поблизости от него - источники ИК-излучения. Сложная картина распределения и движения вещества в центре Галактики не находит пока удовлетворит. объяснения. Распространённой является точка зрения, что в центре Галактики находится чёрная дыра с массой ~10⁶

(см. Галактический центр).

Исследование спектров звёзд и их светимостей позволило выяснить общую картину эволюции звёзд и эволюции Галактики в целом. Галактика не является неизменной, в её диске (в самой плоской его составляющей) и сейчас происходит процесс звездообразования. Области наиб. интенсивного звездообразования расположены в кольце между R₁=4 кпк и R₂=8 кпк от центра Галактики. В этом кольце сосредоточена б. ч. из неск. тысяч ГМО и связанные с ними молодые звёзды. Обнаружены обширные группы молодых объектов с общим движением в пространстве, отражающим, по-видимому, движение того облака диффузной материи, из к-рого они возникли. В Галактике найдены градиенты содержания тяжёлых элементов (углерода и последующих элементов в периодич. системе элементов), а также изотопного состава, указывающие, что в последние неск. млрд. лет звездообразование наиб. интенсивно происходило в кольце 4-6 кпк от центра Галактики, а также в галактич. центре.

Эксцентриситеты галактич. орбит звёзд и скоплений коррелируют с возрастом: у более старых звёзд орбиты сильнее вытянуты, а содержание тяжёлых элементов снижено. Эти зависимости позволяют сделать определ. выводы об эволюции Галактики. Наиб. старые объекты образовались тогда, когда размеры Галактики (точнее протогалактики) были намного больше, чем совр. размеры. Она быстро сжималась к галактич. центру и галактич. плоскости, при этом шло интенсивное образование звёзд, а межзвёздная среда обогащалась тяжёлыми элементами, рождавшимися в недрах звёзд и попадавшими в межзвёздную среду, когда быстро проэволюционировавшие звёзды взрывались как сверхновые звёзды .Особенно интенсивно этот процесс шёл в конце формирования объектов гало, после чего газ в гало был исчерпан и наступил перерыв в звездообразовании длительностью в 5-7 млрд. лет. После перерыва звёзды стали образовываться лишь в диске, где осел весь газ, уже обогащённый тяжёлыми элементами. Это объясняет разделение объектов Галактики на населения с разл. физическими характеристиками.

Литература по Галактике

Знаете ли Вы, в чем фокус эксперимента Майкельсона?

Эксперимент А. Майкельсона, Майкельсона - Морли - действительно является цирковым фокусом, загипнотизировавшим физиков на 120 лет.

Дело в том, что в его постановке и выводах произведена подмена, аналогичная подмене в школьной шуточной задачке на сообразительность, в которой спрашивается:
- Cколько яблок на березе, если на одной ветке их 5, на другой ветке - 10 и так далее
При этом внимание учеников намеренно отвлекается от того основополагающего факта, что на березе яблоки не растут, в принципе.

В эксперименте Майкельсона ставится вопрос о движении эфира относительно покоящегося в лабораторной системе интерферометра. Однако, если мы ищем эфир, как базовую материю, из которой состоит всё вещество интерферометра, лаборатории, да и Земли в целом, то, естественно, эфир тоже будет неподвижен, так как земное вещество есть всего навсего определенным образом структурированный эфир, и никак не может двигаться относительно самого себя.

Удивительно, что этот цирковой трюк овладел на 120 лет умами физиков на полном серьезе, хотя его прототипы есть в сказках-небылицах всех народов всех времен, включая барона Мюнхаузена, вытащившего себя за волосы из болота, и призванных показать детям возможные жульничества и тем защитить их во взрослой жизни. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.