Открытые скопления содержат от 10 до 1000 звезд, среди них гораздо больше молодых, чем старых, а самые старые едва ли насчитывают более 100 миллионов лет. Дело в том, что в более старых скоплениях звезды постепенно отдаляются друг от друга, пока не смешаются с основным множеством звезд. Хотя тяготение до некоторой степени удерживает открытые скопления вместе, они все же довольно непрочны, и тяготение другого объекта может их разорвать.
Облака, в которых образуются звезды, сконцентрированы в диске нашей Галактики, и именно там обнаруживают открытые звездные скопления.
В противоположность открытым, шаровые скопления представляют собой сферы, плотно заполненные звездами (от 100 тыс до 1 млн). Размер типичного шарового скопления — от 20 до 400 световых лет в поперечнике.
В плотно набитых центрах этих скоплений звезды находятся в такой близости одна к другой, что взаимное тяготение связывает их друг с другом, образуя компактные двойные звезды. Иногда происходит даже полное слияние звезд; при тесном сближении наружные слои звезды могут разрушиться, выставляя на прямое обозрение центральное ядро. В шаровых скоплениях двойные звезды встречаются в 100 раз чаще, чем где-либо еще.
Вокруг нашей Галактики мы знаем около 200 шаровых звездных скоплений, которые распределены по всему гало, заключающему в себе Галактику. Все эти скопления очень стары, и возникли они более или менее в то же время, что и сама Галактика. Похоже на то, что скопления образовались, когда части облака, из которого была создана Галактика, разделились на более мелкие фрагменты. Шаровые скопления не расходятся, потому что звезды в них сидят очень тесно, и их мощные взаимные силы тяготения связывают скопление в плотное единое целое.
Вещество (газ и пыль), находящееся в пространстве между звездами, называется межзвездной средой. Большая его часть сконцентрирована в спиральных рукавах Млечного Пути и составляет 10% его массы. В некоторых областях вещество относительно холодное (100 К) и обнаруживается по инфракрасному излучению. Такие облака содержат нейтральный водород, молекулярный водород и другие радикалы, наличие которых можно обнаружить с помощью радиотелескопов. В областях вблизи звезд высокой светимости температура газа может достигать 1000—10000 К, и водород ионизован.
Межзвездная среда очень сильно разрежена (около 1 атома на см3). Однако в плотных облаках концентрация вещества может быть в 1000 раз выше средней. Но и в плотном облаке на кубический сантиметр приходится всего несколько сотен атомов. Причина, по которой нам все же удается наблюдать межзвездное вещество, состоит в том, что мы видим его в большой толще пространства. Размеры частиц составляют 0,1 мкм, они содержат углерод и кремний, поступают в межзвездную среду из атмосферы холодных звезд в результате взрывов сверхновых. Образующаяся смесь формирует новые звезды. Межзвездная среда имеет слабое магнитное поле и пронизано потоками космических лучей.
Наша Солнечная система находится в той области Галактики, где плотность межзвездного вещества необычайно низка. Эта область называется Местным «пузырем»; она простирается во все стороны примерно на 300 световых лет.
Галактики, системы звезд, пыли и газа полной массой от 1 млн. до 10 трлн. масс Солнца. Истинная природа галактик была окончательно объяснена только в 1920-х гг. после острых дискуссий. До этого времени при наблюдениях в телескоп они выглядели как диффузные пятна света, напоминающие туманности, но только с помощью 2,5-метрового телескопа-рефлектора обсерватории Маунт-Вилсон, впервые использованного в 1920-х гг., удалось получить изображения отд. звезд в туманности Андромеды и доказать, что это галактика. Этот же телескоп применялся Хабблом для измерения периодов цефеид в туманности Андромеды. Эти переменные звезды изучены достаточно хорошо, чтобы можно было точно определить расстояния до них. Расстояние до туманности Андромеды составляет ок. 700 кпк, т.е. она лежит далеко за пределами нашей Галактики.
Имеется несколько типов галактик, основные — спиральные и эллиптические. Предпринимались попытки классифицировать их с помощью буквенных и цифровых схем, таких, как классификация Хаббла, однако некоторые галактики не укладываются в эти схемы, в этом случае их называют в честь астрономов, которые впервые выделили их (например галактики Сейферта и Маркаряна), или дают буквенные обозначения классификационных схем (например Галактики N-типа и cD-типа). Галактики, не имеющие отчетливой формы, классифицируются как неправильные. Происхождение и эволюция галактик еще до конца не поняты. Лучше всего изучены спиральные галактики. К ним относятся объекты, имеющие яркое ядро, из которого исходят спиральные рукава из газа, пыли и звезд. Большинство спиральных галактик имеют 2 рукава, исходящих из противоположных сторон ядра. Как правило звезды в них молодые. Это нормальные спирали. Ещё есть пересечённые спирали, у которых есть центральная перемычка из звёзд, соединяющая внутренние концы двух рукавов. Наша Г. также относится к спиральным. Массы почти всех спиральных Г. лежат в диапазоне от 1 до 300 млрд. масс Солнца. Около трёх четвертей всех галактик во Вселенной являются эллиптическими. Они имеют эллиптическую форму, лишенную различимой спиральной структуры. Их форма может изменяться от почти сферической до сигарообразной. По размеру они очень разнообразны – от карликовых массой несколько млн солнечных до гигантских массой 10 трлн солнечных. Самые большие из известных — Галактики cD-типа. Они имеют большое ядро или, возможно, несколько ядер, быстро движущихся относительно друг друга. Часто это довольно сильные радиоисточники. Галактики Маркаряна были выделены советским астрономом Вениамином Маркаряном в 1967 г. Они являются сильными источниками излучения в ультрафиолетовом диапазоне. Галактики N-типа имеют похожее на звезду слабо светящееся ядро. Они также сильные радиоисточники и предположительно, эволюционируют в квазары. На фото сейфертовские галактики выглядят как нормальные спирали, но с очень ярким ядром и спектрами с широкими и яркими эмиссионными линиями, указывающими на присутствие в их ядрах большого кол-ва быстровращающегося горячего газа. Этот тип Галактик открыт американским астрономом Карлом Сейфертом в 1943 г. Галактики, наблюдаемые оптически и в то же время являющиеся сильными радиоисточниками, называются радиогалактиками. К ним относятся сейфертовские Галактики, Г. сD- и N-типа и некоторые квазары. Механизм генерации энергии радиогалактик еще не понят.
БИЛЕТ № 24
В 20 в. было достигнуто понимание Вселенной как единого целого. Первый важный шаг был сделан в 1920-х гг., когда ученые пришли к выводу, что наша Галактика – Млечный Путь – одна из миллионов галактик, а Солнце – одна из миллионов звезд Млечного Пути. Последующее изучение галактик показало, что они удаляются от Млечного Пути, причем чем дальше они находятся, тем больше эта скорость (измеренная по красному смещению в ее спектре). Т.о., мы живем в расширяющейся Вселенной. Разбегание галактик отражено в законе Хаббла, согласно которому красное смещение галактики пропорционально расстоянию до нее.Кроме того, в самом крупном масштабе, т.е. на уровне сверхскоплений галактик, Вселенная имеет ячеистую структуру. Современная космология (учение об эволюции Вселенной) базируется на двух постулатах: Вселенная однородна и изотропна.
Существует несколько моделей Вселенной.
В модели Эйнштейна - де Ситтера расширение Вселенной продолжается бесконечно долго, в статической модели Вселенная не расширяется и не эволюционирует, в пульсирующей Вселенной циклы расширения и сжатия повторяются. Однако статическая модель наименее вероятна, не в её пользу говорит не только закон Хаббла, но и обнаруженное в 1965 году фоновое реликтовое излучение (т.е. излучение первичного расширяющегося раскаленной четырехмерной сферы).
В основе некоторых космологических моделей лежит теория «горячей Вселенной», изложенная ниже.
В соответствии с решениями Фридмана уравнений Эйнштейна 10–13 миллиардов лет назад, в начальный момент времени, радиус Вселенной был равен нулю. В нулевом объеме была сосредоточена вся энергия Вселенной, вся ее масса. Плотность энергии бесконечна, бесконечна и плотность вещества. Подобное состояние называется сингулярным.
В 1946 году Георгий Гамов и его коллеги разработали физическую теорию начального этапа расширения Вселенной, объясняющую наличие в ней химических элементов синтезом при очень высоких температуре и давлении. Поэтому начало расширения по теории Гамова назвали «Большым Взрывом». Соавторами Гамова были Р. Альфер и Г. Бете, поэтому иногда эту теорию называют «α, β, γ-теория».
Вселенная расширяется из состояния с бесконечной плотностью. В сингулярном состоянии обычные законы физики неприменимы. По-видимому, все фундаментальные взаимодействия при столь высоких энергиях неотличимы друг от друга. А с какого радиуса Вселенной имеет смысл говорить о применимости законов физики? Ответ – с планковской длины: