Главная страница
qrcode

Альманах - Космос. C I e n t I f I c a m e r I c a n the в мире науkи moscow 2006 в мирен ау к ик осмос альманахраздел 1 Вселенная Раздел 2 Галактики Раздел 3 Звезды Раздел 4 Планеты москва редакция журнала в мире науки представляет читателям сборник статей


Скачать 11.93 Mb.
НазваниеC I e n t I f I c a m e r I c a n the в мире науkи moscow 2006 в мирен ау к ик осмос альманахраздел 1 Вселенная Раздел 2 Галактики Раздел 3 Звезды Раздел 4 Планеты москва редакция журнала в мире науки представляет читателям сборник статей
АнкорАльманах - Космос.pdf
Дата14.12.2017
Размер11.93 Mb.
Формат файлаpdf
Имя файлаAlmanakh_-_Kosmos.pdf
оригинальный pdf просмотр
ТипСборник статей
#51569
страница12 из 36
Каталогid50384802

С этим файлом связано 45 файл(ов). Среди них: и ещё 35 файл(а).
Показать все связанные файлы
1   ...   8   9   10   11   12   13   14   15   ...   36
Изолированная или открытая?
В нашей Галактике около 100 млрд. звезд,
большинство из которых сосредоточено в тонком диске диаметром около 100 тыс. световых лети толщиной около 3 тыс. световых лет. Они обращаются вокруг центра Галактики почти по круговым орбитам. В частности, Солнце несется со скоростью около 200 км/с. Другие 10 млрд.
звезд образуют галактическое гало – гигантскую сферу, охватывающую диск. Межзвездное пространство заполнено газом и пылью, и основная часть этой межзвездной среды также движется по круговым орбитам вокруг центра
Галактики ив еще большей степени, чем звезды,
сконцентрирована в ее диске. Как ив атмосферах планет, межзвездная среда плотнее всего на дне в плоскости галактического диска, – и по мере удаления от нее плотность уменьшается. Однако до 10% межзвездной среды находится вне диска и несется со скоростями, превышающими орбитальное движение на величину до 400 км/с. Это и есть высокоскоростные облака.
Их история началась в середине х, когда
Гвидо Мюнх (Guido Munch) из Калифорнийского технологического института обнаружил плотные сгустки газа над плоскостью Галактики, где по всем правилам их быть не должно с удалением от плоскости давление газа падает (как в атмосфере планеты, поэтому сгустки должны быстро рассеиваться.
В 1956 г. Лайман Спитцер (Lyman Spitzer, Jr.) из
Принстонского университета предположил, что сгустки удерживает от расширения давление горячей
А ль м ан ах КОСМОС »
71
ГАЛАКТИКИ
НАША РАСТУЩАЯ ГАЛАКТИКА
Барт Ваккер и Филипп Рихтер
Долгое время считалось, что молодость нашей Галактики уже прошла, но оказалось, что Млечный Путь – живой и динамично развивающийся объект

Магеллановых Облаков, отставая от них, а другая половина ускорилась и оказалась впереди этих галактик, образовав так называемый лидирующий рукав. Подобным образом газ мог отрываться и от других галактик – спутников Млечного Пути см. врез на стр. Другая модель объясняет рождение Магелла+
нова Потока силой сопротивления. Если Галактика имеет очень протяженную корону (гораздо большую, чем предполагал Спитцер), то эта корона может обдирать газу Магеллановых Облаков.
Согласно обеим моделям, Магеллановы Облака теряют много газа, создавая большинство высокоскоростных облаков.
В 1999 г. Лео Блитц (Leo Blitz) из Калифорнийского университета в Беркли предположил, что высокоскоростные облака могут располагаться на гораздо большем удалении, чем ранее считалось.
Они не проносятся по окраинам нашей Галактики,
а плывут вокруг Местной группы галактик, включающей в себя кроме нашей Галактики и Туманности Андромеды еще 40 других небольших галактик, разбросанных в объеме поперечником около
4 млн. световых лет. В данном случае высокоскоростные облака должны быть остатками процесса формирования всей группы галактик.
Подобные идеи уже выдвигались лет тридцать назад, но были отвергнуты, поскольку на таких расстояниях газовые облака не могут быть устойчивыми. Однако Блитц предположил, что высокоскоростные облака – это сгустки темного вещества, в которые включено небольшое количество газа. Массы облаков должны быть вдесятеро больше, чем предполагали ранее, и это позволит облакам сохранитьcя. Такая гипотеза весьма привлекательна, поскольку устраняет одно давнее Альманах КОСМОС НАША РАСТУЩАЯ ГАЛАКТИКА

газовой короны, окружающей Млечный Путь, – вариант солнечной короны галактического масштаба.
Вдохновленный идеей Спитцера, Ян Оорт (Jan
Oort) из Лейденского университета в Нидерландах предположил, что ив галактическом гало может содержаться холодный плотный газ. Поиск холодных облаков на большом удалении от плоскости галактического диска в 1963 г. увенчался успехом. В отличие от сгустков, обнаруженных
Мюнхом, они не следуют общему вращению Галактики, а, по+видимому, с большой скоростью падают к ее диску, отчего их и назвали высокоскоростными облаками. В том же году открыли объекты, движущиеся медленнее и названные облаками с промежуточными скоростями (interme
diate velocity clouds, IVC).
Оорт развил свою идею и предположил, что по завершении начального этапа формирования Галактики на границе ее сферы притяжения остался неиспользованный газ, который достиг диска только теперь, спустя 10 млрд. лет. Вот они наблюдается в виде высокоскоростных облаков.
Данное предположение согласуется с моделью, в которой ученые пытаются объяснить химический состав Галактики. Тяжелые элементы образуются в звездах, и, когда те умирают, они рассеиваются в межзвездном пространстве. Вновь образующиеся звезды захватывают эти элементы, формируя еще большее их количество. Следовательно, если Галактика развивается в изоляции от внешнего мира, каждое последующее поколение звезд должно содержать больше тяжелых элементов, чем предшествующее.
Однако большинство звезд в окрестностях Солнца имеет почти одинаковое содержание тяжелых элементов независимо от возраста. Вероятно, Галактика не изолирована, и межзвездный газ непрерывно разбавляется более чистым материалом, который приносят высокоскоростные облака. Но подтвердить это предположение пока не удается.
Согласно другой гипотезе, высокоскоростные облака не имеют никакого отношения к поступающему потоку газа, а служат лишь частью галактического фонтана. В х гг. к такому заключению пришли Пол Шапиро (Paul из Техасского университета в Остине и Джордж
Филд (George B. Field) из Гарвард+Смитсоновско+
го астрофизического центра. Нагретый и ионизованный массивными звездами газ вылетает из диска в корону, образуя атмосферу. Затем он охлаждается, становится нейтральными вновь опускается к диску, осуществляя круговорот газа между диском и короной. В 1980 г. Джоэл Брег+
ман (Joel Bregman) из Мичиганского университета в Анн+Арбор предположил, что высокоскоростные облака могут состоять из возвращающегося газа. Долгое время эта гипотеза давала лучшее объяснение их происхождению.
Унесенные приливом
Ни гипотеза Оорта, ни модель фонтана не объясняют всех свойств высокоскоростных облаков.
Проблема еще сильнее запуталась, когда вначале х гг. был открыт Магелланов Поток – струя газа, охватывающая Галактику. Он следует орбитам
Большого и Малого Магеллановых Облаков – небольших галактик, обращающихся вокруг Млечного Пути подобно тому, как спутники обращаются вокруг планет. Обычно астрономы называют облаками сгустки газа или пыли, но это галактики из многих миллионов звезда назвали их так за внешнее сходство с облаками в ночном небе. Сейчас они находятся на расстоянии около 150 тыс.
световых лет от нашей Галактики – наименьшем из всех, на которых они находились когда+либо за время путешествия по своим вытянутым орбитам.
Магелланов Поток похож на цепочку высокоскоростных облаков. Значительная его часть движется со скоростями, несовместимыми с вращением Галактики. Однако ни одна из рассмотренных выше гипотез не объясняет этого. Согласно модели, предложенной в 1996 г. Лансом
Гардинером (Lance T. Gardiner) из южнокорейского Университета Солнца и Луны и Масафуми Но+
гучи (Masafumi Noguchi) из японского Университета Тококу, эта цепочка облаков является приливным потоком, какие наблюдаются ив окрестностях некоторых других галактик. Около 2,2 млрд. лет назад, когда Магеллановы Облака подошли близко к нашей Галактике, совместное притяжение
Галактики и Большого Магелланова Облака оторвало часть газа от внешней области Малого
Магелланова Облака. Примерно половина этого газа, замедлившись, растянулась по орбите
72
Г А ЛАК ТИКИ bbБ арт В а к к ер, Филипп Р их тер ОБЛАКА Сначала х гг. астрономы полагали, что наша и другие галактики родились вначале космической истории и медленно эволюционировали. Теперь доказано, что галактики продолжают расти, поглощая свежий газ и своих меньших соседей из межгалактического пространства Поступающий в Галактику газ образует высокоскоростные облака, некоторые из них состоят из первичного газа.
• Эти облака существуют в нескольких формах в сгустках нейтрального газа, напоминающего межгалактический;
потоках газа, оторванного от соседних небольших галактики потоках сильно ионизованного газа, который может быть распределен в межгалактической окрестности.
НАША ГАЛАКТИКА И ЕЕ ОКРЕСТНОСТИ
ПОТОК СТРЕЛЬЦА
«Хвост» из звезд, оторванных от карликовой галактики в Стрельце
ГАЛАКТИКА
В ТРЕУГОЛЬНИКЕ
Соседняя галактика средней величины
ГАЛАКТИЧЕСКАЯ КОРОНА
Горячий газ, окружающий Галактику
ДИСК ГАЛАКТИКИ
Сплющенная система звезд, газа и пыли
ТУМАННОСТЬ
АНДРОМЕДЫ
Ближайшая крупная спиральная галактика
КАРЛИКОВАЯ
СФЕРОИДАЛЬНАЯ
ГАЛАКТИКА В СТРЕЛЬЦЕ
Галактика – спутник Млечного Пути
СОЛНЦЕ
И ПЛАНЕТЫ
ВЫСОКОСКОРОСТНОЕ
ОБЛАКО Влетающий сгусток сравнительно свежего газа
ПУЗЫРЬ
Газ, нагретый сверхновыми;
источник
«фонтана»
ОБЛАКО С
ПРОМЕЖУТОЧНОЙ
СКОРОСТЬЮ Остывший газ;
возвратный поток
«фонтана»
БОЛЬШОЕ МАГЕЛЛАНОВО
ОБЛАКО
Галактика – спутник
Млечного Пути
МАГЕЛЛАНОВ ПОТОК
Рукав газа, оторванного от Магеллановых Облаков
МАЛОЕ МАГЕЛЛАНОВО ОБЛАКО
Галактика – спутник Млечного Пути
Альманах КОСМОС НАША РАСТУЩАЯ ГАЛАКТИКА
затруднение: модели формирования галактик предсказывают, что темного вещества вокруг галактик должно было остаться больше, чем наблюдается. Высокоскоростные облака как рази могут содержать эту недостающую темную массу.
Идет разогрев
В XXI в. астрономы вошли уже с четырьмя гипотезами о природе высокоскоростных облаков газ,
оставшийся после формирования галактик круговорот газа в галактическом фонтане обрывки
Магеллановых Облаков межгалактическая смесь газа и темного вещества. Для того чтобы сделать выбор между ними, требовались новые данные.
К концу ХХ в. астрономы обследовали все небо в радиолинии нейтрального водорода, позволяющей обнаруживать газ с температурой около 100 КВ 1988 г. Аад Хульбош (Aad Hulbosch) из Нейме+
генского университета и один из авторов статьи
(Ваккер) с помощью радиотелескопа Обсерватории Двингело в Нидерландах завершили обзор
Северного полушария неба. В 2000 г. Рикардо
Моррас (Ricardo Morras) с коллегами на радиотелескопе Вилла Элиза (Villa Elisa) в Аргентине обследовал Южное полушарие см. рисунок выше)
.
Третий обзор опубликовали в 1997 г. Дап Харт+
ман (Dap Hartmann) и Батлер Бартон (Butler
Burton) из Лейденской обсерватории. Они провели полное картирование нейтрального водорода в
Галактике, включая высокоскоростные облака и облака промежуточных скоростей.
Новые данные принесли наблюдения в видимом свете с помощью таких инструментов, как HydrogenAlpha Mapper Висконсинский картировщик излучения. Хотя нейтральный водород не излучает в оптическом диапазоне, ионизованный газ на это способен,
а внешние области высокоскоростных облаков как раз ионизованы ультрафиолетовым излучением Галактики и других объектов. К тому же это излучение нагревает внешние части облаков до К. Яркость их видимого излучения указывает интенсивность радиационного поля вокруг облака, которая, в свою очередь, зависит от их
74
Г А ЛАК ТИКИ bbБ арт В а к к ер, Филипп Р их тер bbОБЛАЧНОЕ НЕБО
Распределение газа в Галактике, построенное поданным о концентрации нейтрального водорода (цветные
пятна) и наложенное на изображение Галактики в видимом свете (белый цвет. Диск Галактики виден с ребра и пересекает карту горизонтально посередине, а ядро Галактики лежит в направлении центра карты.
Высокоскоростные облака водорода (в частности комплексы A и C) видны над и под диском.
КОМПЛЕКС С
КОМПЛЕКС А
МАГЕЛЛАНОВ ПОТОК
(ГОЛОВНАЯ ЧАСТЬ)
МАГЕЛЛАНОВ ПОТОК
(ПРИЛИВНЫЙ ХВОСТ)
МАЛОЕ
МАГЕЛЛАНОВО
ОБЛАКО
МЛЕЧНЫЙ ПУТЬ
ВОЗМОЖНЫЕ
МЕЖГАЛАКТИЧЕСКИЕ
ВЫСОКОСКОРОСТНЫЕ
ОБЛАКА
ГАЗ «ФОНТАНА»
БОЛЬШОЕ
МАГЕЛЛАНОВО
ОБЛАКО
ГАЛАКТИЧЕСКИЙ ФОНТАН Облака с промежуточными скоростями, возможно, представляют собой возвратный поток обширного цикла газообмена. Взрывы сверхновых образуют каверну с горячим газом (синие, который прорывается сквозь окружающий холодный газ
(желтый) и питает горячую корону. Затем он охлаждается ив виде облаков падает обратно на диск.
ПРИТОК ГАЗА Многие высокоскоростные облака, желтые) представляют собой газ, втекающий в Галактику и формирующий ее уже в течение 12 млрд.
лет после рождения. Этот газ поставляет свежий материал для рождения звезд. Высокоскоростные облака легко спутать с облаками промежуточных скоростей, оранжевые).
ПОГЛОЩЕНИЕ ГАЛАКТИК Млечный Путь отбирает газу двух своих галактик$спутников – Большого и Малого
Магеллановых Облаков. На их орбите астрономы видят
Магелланов Поток (оранжевый. В том же пространстве плавают и другие высокоскоростные облака (желтые),
не связанные с названными и, возможно, образовавшиеся в результате конденсации газа короны.
ПОПОЛНЕНИЕ МЕЖГАЛАКТИЧЕСКИМ ГАЗОМ Млечный Путь и Туманность Андромеды, возможно, погружены в огромный океан горячего межгалактического газа
(синий), из которого могут конденсироваться холодные сгустки. Затем они поглощаются галактиками, где образуют новые высокоскоростные облака, падающие к их дискам. Данная модель еще не подтверждена.
ЧЕТЫРЕ ПРОЦЕССА, ФОРМИРУЮЩИЕ ГАЛАКТИКУ
МЛЕЧНЫЙ ПУТЬ
ГОРЯЧИЙ МЕЖГАЛАКТИЧЕСКИЙ ГАЗ
ТУМАННОСТЬ
АНДРОМЕДЫ
МАЛОЕ
МАГЕЛЛАНОВО
ОБЛАКО
КОМПЛЕКС С
ОРБИТА
МАГЕЛЛАНОВЫХ
ОБЛАКОВ
МАГЕЛЛАНОВ
ПОТОК
БОЛЬШОЕ
МАГЕЛЛАНОВО
ОБЛАКО
ГОРЯЧИЙ
ГАЗ
ХОЛОДНЫЙ
ГАЗ
КАВЕРНА
СВЕРХНОВЫЕ
ВЫБРОС
IVC
IVC
HVC
СОЛНЦЕ
ГАЛАКТИКА
В ТРЕУГОЛЬНИКЕ
расстояний до облаков с промежуточными скоростями. Затем Хуго ван Верден (Hugo van из Гронингенского университета в Нидерландах впервые измерил расстояние до облака с промежуточной скоростью см. врез на стр. 28). Тем временем мы определили химический состав об+
лаков.
Данные спутника FUSE говорят о наличии у высокоскоростных облаков очень горячего компонента. FUSE обнаружил линии поглощения сильно ионизованных атомов кислорода (потерявших до 5 из 8 внешних электронов. Такая степень ионизации говорит о температуре около тыс. К, которая может возникнуть, когда холодный (100 К) нейтральный водород входит в соприкосновение с исключительно горячим (порядка миллиона кельвинов) газом. Но это же может наблюдаться и при охлаждении крайне горячего газа до температуры 300 тыс. К. Вместе с Блэром
Сэвиджем (Blair D. Savage) из Вискосинского университета в Мадисоне и Кеннетом Сембахом
(Kehheth Sembach) из Института космического телескопа в Балтиморе мы исследовали этот компонент высокоскоростных облаков.
Поведение комплексов
Используя новые данные, можно составить полный портрет высокоскоростных облаков. Мы начали с двух самых крупных – комплексов A и C, открытых еще в 1963 г. Комплекс A удален от нас на 25–30 тыс. световых лет, те. находится в галактическом гало. Расстояние до комплекса C составляет не менее 14 тыс. и, вероятно, не более 45 тыс.
световых лет от галактической плоскости.
Обоим облакам свойствен недостаток тяжелых элементов их концентрация там примерно враз меньше, чем на Солнце. Особенно мало содержание азота в комплексе C – почтив раз меньше солнечного, что позволяет предположить тяжелые элементы поступали в основном из массивных звезд, в которых образуется меньше азота по отношению к другим тяжелым элементам, чем в звездах малой массы. Согласно новейшим моделям молодой Вселенной, самые старые звезды весьма массивны. Вероятно, комплекс C является остатком древней Вселенной.
Брэд Гибсон (Brad Gibson) из Технологического университета Свинбурна в Мельбурне (Австралия)
исследовал другую часть комплекса C и выяснил,
что концентрация тяжелых элементов в ней вдвое выше измеренной нами ранее. Различие в составе говорит о том, что комплекс C начал смешиваться с другими облаками галактического гало, имеющими более высокую концентрацию тяжелых элементов. Эндрю Фокс (Andrew Fox) из Висконсинского университета поданным об ионизованном кислороде и других ионах показал, что газ с температурой 300 тыс. Кв комплексе C представляет собой промежуточную область между горячими холодным газами. Похоже, мы застали комплекс C в процессе его слияния с Галактикой.
Итак, получены первые прямые свидетельства поступления свежего газа в Галактику. Комплекс приносит за год массу нового вещества, эквивалентную 0,1–0,2 массы Солнца, а комплекс A вдвое меньше, что в сумме составляет от 10 до общей массы, необходимой для разбавления галактического газа и объяснения химического состава звезд. Остальную массу могут поставлять другие высокоскоростные облака. Правда, остается неясным, служат ли первичным источником этого газа остатки гало, глубокое межгалактическое пространство или карликовая галактика, поглощаемая нашей Галактикой.
Различное происхождение
Полученные данные исключают 3 из 4 гипотез о происхождении комплексов A и C. Идея о фонтане подразумевает, что облака зародились в диске
Галактики и по составу близки к Солнцу, а это не так. Гипотеза о Магеллановом Потоке неверно предсказывает содержание тяжелых элементов.
Наконец, предположение о темном веществе отпадает, поскольку высокоскоростные облака находятся не в межгалактическом пространстве. Альманах КОСМОС НАША РАСТУЩАЯ ГАЛАКТИКА

76
Г А ЛАК ТИКИ bbБ арт В а к к ер, Филипп Р их тер bbПОТОКИ В ГАЛАКТИКЕ
В основном наша Галактика хорошо перемешивается:
две звезды, родившиеся водном месте, позже могут оказаться в совершенно разных частях неба. Нов последние годы астрономы выделили группы звезд, движущихся совместно и образующих звездные потоки. Предполагают, что это остатки галактик – спутников
Млечного Пути, разорванные приливными силами входе того же процесса, который формирует некоторые высокоскоростные облака. Тогда эти течения отмечают путь звезд от карликовых галактик к Млечному Пути. Они отличаются от Магелланова Потока, состоящего в основном из газа, а не звездно и они подтверждают, что наша Галактика продолжает расти.
Об этом свидетельствует поток звезд, оторванных от карликовой сфероидальной галактики в Стрельце, который открыли в 1994 г. Родриго Ибата (Rodrigo Ibata) и его коллеги из Страсбургской обсерватории во Франции см. рисунок выше. Данные, полученные входе Слоановского цифрового обзора неба, позволили обнаружить и другие звездные потоки. Один из них может быть связан с карликовой галактикой в Большом Псе, которую открыли недавно Ибата, Николя Мартен (Nicolas Martin) и их коллеги из
Страсбургской обсерватории. За последние 2 млрд. лет эта галактика растянулась в спиральное кольцо звезд, лежащее в галактической плоскости. ЗАГЛЯДЫВАЯ ЗА ОБЛАКА
ЗВЕЗДА ЗВЕЗДА ПОПЕРЕЧНОЕ СЕЧЕНИЕ (не в масштабе)
БЛИЗКОЕ ОБЛАКО км/с
10 км/с
1   ...   8   9   10   11   12   13   14   15   ...   36

перейти в каталог файлов


связь с админом