"Физика (базовый и углублённый уровни) (в 2 частях)", Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И.; под ред. Орлова В.А. (ч.1); Генденштейн Л.Э., Кошкина А.В., Левиев Г.И. (ч. 2)
Галактика — огромная гравитационно связанная система, в которую входят звёзды, газ, пыль, тёмная материя и другие объекты. Галактики различаются формой, составом и активностью звёздообразования: бывают спиральными, эллиптическими и неправильными. Солнечная система находится в спиральной галактике Млечный Путь. Изучение галактик помогает понять строение Вселенной, а красное смещение и закон Хаббла позволяют оценивать скорость их удаления и расстояния до них.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Галактика — гравитационно связанная система звёзд, газа, пыли, тёмной материи и других объектов. Все эти компоненты удерживаются общей силой тяготения и движутся в едином гравитационном поле. Это понятие нужно, чтобы отличать галактику от отдельной звезды или небольшого скопления.
Млечный Путь — галактика, в которой находится Солнечная система. Она включает центральную область, диск, балдж и внешнее гало; Солнце расположено в диске, далеко от центра, в области одного из спиральных рукавов. Название также используют для светлой полосы на небе, которая представляет собой вид нашей галактики изнутри.
Спиральная галактика — галактика с диском, центральным балджем, то есть утолщением вокруг центра, и спиральными рукавами. В её диске сосредоточены газ, пыль и молодые звёзды. Такое определение помогает связать наблюдаемую форму галактики с её внутренним строением.
Классификация галактик — разделение галактик по форме на спиральные, эллиптические и неправильные. Форма связана не только с внешним видом, но и с количеством газа, возрастом звёзд и интенсивностью звёздообразования. Классификация позволяет сравнивать галактики и изучать их развитие.
Гравитация объединяет галактику потому, что каждая её частица притягивается к остальным. Особенно велик вклад тёмной материи: её нельзя непосредственно увидеть, но она создаёт значительную часть гравитационного поля. Если суммарная скорость движения объектов не превышает скорости освобождения из этого поля, они не улетают, а остаются связанными с галактикой.
Вращение влияет на форму галактики, потому что движущиеся звёзды и газ стремятся сохранять момент импульса. Столкновения частиц газа постепенно уменьшают движения поперёк общей плоскости, но вращение вокруг центра сохраняется, поэтому формируется плоский диск. В центральной области звёзды движутся в разных направлениях и образуют более округлый балдж.
Спиральные рукава не являются жёсткими полосами, в которых навсегда заключены одни и те же звёзды. Это области повышенной плотности, проходя через которые газ сжимается, а сжатие запускает рождение новых звёзд. Поэтому в рукавах много ярких молодых звёзд, светящихся газовых облаков и пыли.
Спиральные галактики обычно имеют заметный диск, много холодного газа и продолжающееся звёздообразование. Эллиптические выглядят как округлые или вытянутые светлые облака, состоят главным образом из старых звёзд и содержат мало холодного газа. Неправильные галактики не имеют устойчивой симметричной формы; её могут нарушать взаимодействия с соседями, а газ в них часто поддерживает активное звёздообразование.
Млечный Путь — крупная спиральная галактика с перемычкой в центральной части. В ней есть тонкий диск со спиральными рукавами, более толстая центральная область и гало, включающее старые звёзды и шаровые скопления. Солнечная система находится примерно в 26 000 световых лет от центра, в диске, поэтому наблюдаем галактику изнутри, а не целиком.
Красное смещение означает, что спектральные линии излучения наблюдаются при больших длинах волн, чем в лаборатории. Для далёких галактик основной причиной считают их удаление вместе с расширением пространства, а при небольших скоростях используют приближение v ≈ cz, где z — относительное смещение длины волны, c — скорость света. Затем расстояние оценивают по закону Хаббла v = H₀d, где H₀ — постоянная Хаббла.
В таблице сначала ищите форму галактики, затем сопоставляйте её с составом и активностью звёздообразования. Примеры помогают закрепить признаки, но одна конкретная галактика может иметь особенности, не полностью совпадающие с упрощённым описанием.
| Тип галактики | Внешний вид | Состав и звёздообразование | Пример |
|---|---|---|---|
| Спиральная | Плоский диск, балдж, спиральные рукава | Много газа и пыли; активно рождаются молодые звёзды | Млечный Путь, галактика Андромеды |
| Эллиптическая | Округлая или вытянутая гладкая форма, без рукавов | Преобладают старые звёзды; холодного газа мало, звёздообразование слабое | Гигантские эллиптические галактики |
| Неправильная | Нет устойчивой симметричной формы | Много газа; звёздообразование часто активно и неравномерно | Большое и Малое Магеллановы Облака |
Условие: видны плоский диск, центральное утолщение и несколько спиральных рукавов. Требуется определить тип галактики по наблюдаемым признакам. Нужно не ориентироваться на яркость, а сопоставить именно строение с классификацией.
Ответ: галактика спиральная. Если дополнительно наблюдается перемычка через центр, её относят к спиральным галактикам с перемычкой.
Условие: угловой диаметр галактики равен 0,5°, расстояние до неё — 2 Мпк. При малом угле нужно найти линейный диаметр. Используем приближение L ≈ dθ, где θ должен быть выражен в радианах.
Ответ: линейный диаметр примерно 0,017 Мпк, или 17,5 кпк. При малом угле такой расчёт заменяет точную тригонометрическую формулу и даёт хорошую оценку.
Условие: красное смещение соответствует скорости удаления 3000 км/с, постоянная Хаббла H₀ = 70 км/(с·Мпк). Требуется найти расстояние. Связь скорости и расстояния задаётся формулой v = H₀d.
Ответ: расстояние до галактики примерно 43 Мпк. Единицы сокращаются правильно, потому что деление на км/(с·Мпк) оставляет мегапарсеки.
Считать галактику отдельной звездой или скоплением звёзд. Ошибка возникает из-за огромной удалённости: на снимке галактика может выглядеть как светлая точка. Проверьте себя по составу: галактика включает множество звёзд, газ, пыль и тёмную материю, связанные общей гравитацией.
Путать Млечный Путь со светлой полосой на небе. Название обозначает всю нашу галактику, а полоса — её вид изнутри вдоль плоскости диска. Проверка проста: представьте наблюдателя внутри диска и множество звёзд, расположенных в одном направлении.
Утверждать, что все галактики имеют спиральные рукава. Так бывает только у спиральных галактик; эллиптические и неправильные устроены иначе. Сначала определите форму, а затем уже делайте вывод о типе галактики.
Связывать красное смещение только с цветом галактики. Речь идёт не о том, что вся галактика обязательно выглядит красной, а об изменении длин волн спектральных линий. Проверьте рассуждение: нужно указать смещение спектра и связать его со скоростью удаления.
Для понимания темы нужны всемирное тяготение, движение по окружности и представления о световом годе и парсеке. Спектральный анализ помогает распознавать линии излучения и измерять красное смещение. Эти знания связывают галактики с расширением Вселенной, законом Хаббла и оценкой космологических расстояний.
Классификация галактик используется в наблюдательной астрономии. Сравнивая форму, состав и возраст звёзд, учёные исследуют эволюцию звёздных систем. Поэтому тема связана также с изучением рождения и развития звёзд.
Почему галактики не распадаются на отдельные звёзды?
Звёзды, газ и другие компоненты удерживаются общей силой тяготения. Их движение происходит в гравитационном поле всей галактики, поэтому система остаётся связанной, хотя отдельные звёзды и движутся по разным орбитам.
Чем галактика отличается от звёздного скопления?
Галактика намного больше и содержит огромное количество звёзд, межзвёздный газ, пыль и тёмную материю. Звёздное скопление — более компактная группа звёзд, обычно с меньшей массой и без столь сложной структуры.
Почему Млечный Путь выглядит на небе как светлая полоса?
Мы наблюдаем нашу галактику изнутри, находясь в её диске. В направлении плоскости диска видны миллиарды далёких звёзд, и их слабый совокупный свет образует светлую полосу.
Можно ли увидеть форму нашей галактики целиком?
Нет, из Солнечной системы нельзя наблюдать Млечный Путь со стороны. Его строение восстанавливают по наблюдениям звёзд, газа и пыли, а также сравнивая его с другими спиральными галактиками.
Как по красному смещению находят расстояние до галактики?
По смещению спектральных линий к красному концу спектра определяют скорость удаления галактики. Затем используют закон Хаббла: d = v/H₀, где v — скорость удаления, H₀ — постоянная Хаббла.
§ 42. Галактики
