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
страница13 из 36
Каталогid50384802

С этим файлом связано 45 файл(ов). Среди них: и ещё 35 файл(а).
Показать все связанные файлы
1   ...   9   10   11   12   13   14   15   16   ...   36
ПО НАЛИЧИЮ ДВУХ ЛИНИЙ
ПОГЛОЩЕНИЯ
в спектре звезды
А астрономы делают вывод о присутствии двух облаков.
Длины волн этих линий различаются из$за различия скоростей облаков.
В СПЕКТРЕ ЗВЕЗДЫ В
наблюда$
ется только одна линия поглощения, значит, она должна находиться ближе высокоскоростного облака.
Таким образом, две звезды,
расстояния до которых могут быть определены независимо, задают верхний и нижний пределы расстояния до этого облака.
НАИБОЛЬШУЮ ТРУДНОСТЬ
при изучении быстрых облаков представляют измерения расстояний до них. Наилучший из имеющихся способов является косвенными весьма приблизительным. Рассмотрим высокоскоростное облако, находящееся между звездами Аи В, и более медленное облако, лежащее между нами и звездой В 000 световых лет)
БЛИЗКОЕ ОБЛАКО световых лет)
ЗВЕЗДА А 000 световых лет)
ЗВЕЗДА В 000 световых лет)
HVC
СКОРОСТЬ (км/с) ИЛИ ДЛИНА ВОЛНЫ
СКОРОСТЬ (км/с) ИЛИ ДЛИНА ВОЛНЫ
БЛИЗКОЕ ОБЛАКО
БЛИЗКОЕ ОБЛАКО
НАБЛЮДАЕМЫЙ СПЕКТР ЗВЕЗДЫ А
ВИД С ЗЕМЛИ
НАБЛЮДАЕМЫЙ СПЕКТР ЗВЕЗДЫ ДОЛГОЕ ВРЕМЯ АСТРОНОМЫ не могли выяснить ни состав высокоскоростных облаков (HVC), ни расстояние до них. Единственный способ узнать об их свойствах – исследовать линии поглощения в их спектре. Свет далеких звезд и галактик в основном проходит сквозь облака, но некоторые волны поглощаются, сообщая таким образом о свойствах облаков.
Если в спектре звезды обнаруживаются линии поглощения, значит, между нами лежит облако. Расстояние до звезды дает верхний предел расстояния до облака. Отсутствие же поглощения дает нижний предел расстояния. Разумеется, влияние прочих факторов (погрешность определения расстояний до звезд отсутствие в облаке элементов,
дающих обнаружимые линии поглощения, и влияние поглощения веществом самих звезд) должно быть исключено.
Наилучшие результаты дают измерения по линиям нейтрального кислорода и ионизованной серы, лежащим в ультрафиолетовой части спектра. Наблюдать их можно лишь за пределом земной атмосферы, например, с помощью космического телескопа «Хаббл» или спутника FUSE. Удобными источниками света для определения расстояний до высокоскоростных облаков служат переменные звезды типа RR Лиры и звезды голубой части горизонтальной ветви
(на диаграмме Герцшпрунга–Рассела).
Их много, расстояния до них измеряются весьма точно, и лишь немногие их спектральные линии перекрываются с линиями облаков. А для измерения содержания тяжелых элементов вобла ке лучше использовать активные галактики, например квазары в их спектре много ультрафиолетового излучения и мало линий поглощения.
Звезда или галактика может просвечивать более одного облака. Но все облака движутся с разными скоростями, поэтому вследствие эффекта Доплера они поглощают излучение на несколько различающихся длинах волн. Для изучения по отдельности таких облаков требуются спектрометры с высоким разрешением, а значит, большие телескопы 0
100
–100 расстояния до диска Галактики. Поэтому яркость видимого излучения может служить для оценки расположения облаков.
Важнейшие сведения принесли наблюдения за спектральными линиями поглощения высокоскоростных облаков, которые дают информацию не об излучении газа, а о поглощении им света других источников. Благодаря данным, полученным в Обсерватории Лас+Пальмос на Канарских островах, космическому телескопу «Хаббл» и спутнику FUSE (Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer, Исследователь спектра дальнего ультрафиолета»),
запущенному в 1999 г, Лора Дэнли (Laura из Денверского университета оценила пределы
Более 2/3 видимой массы Метагалактики содержится в галактиках, своеобразных кирпичиках мироздания, около 70% которых – спиральные. Поэтому каждое новое открытие в этих астрономических объектах существенно расширяет наши представления о физической природе как имеющихся в Метагалактике структур, таки действующих в них силах.
Волновая концепция
Более полутора столетий назад (1845 г) лорд
Росс открыл спиральные рукава галактик. Данное событие сразу привлекло внимание многих астрономов к этим динамичными загадочным структурам.
Последующие 3/4 века ученые делали безуспешные попытки дать объяснение их происхождению, что заставило выдающегося английского астрофизика Джеймса Джинса печально заявить,
что в спиральных туманностях действуют совершенно неизвестные нам силы, которые только и способны объяснить неудачу при попытках понять происхождение спиральных ветвей. Прошло еще четверть века, прежде чем многолетние исследования другого крупного ученого, Берти+
ля Линдблада, асимметрии в распределении скоростей звезд в нашей Галактике привели его в 1926 г.
к представлению о различных подсистемах Галактики, имеющих примерно одинаковые диаметры вгалактической плоскости, вращающихся с одинаковыми скоростями и характеризующихся разной степенью сплющенности. Позднее было установлено, что наибольшим моментом вращения обладают два диска – газовый и звездный, где наблюдаются спиральные рукава. Тот факт, что спиральные рукава находятся во вращающихся дисках галактик, дал возможность Линдбладу сделать последний решающий шаг к разгадке происхождения спиральных рукавов. Ученый впервые сделал предположение о том, что они имеют волновую природу. Одним из выдающихся открытий ХХ встало понимание того, что Млечный Путь, который мы видим в безлунную ясную ночь, есть малая область самой большой волны, которую человек способен разглядеть невооруженным глазом. Так разрешился основной парадокс спиральной структуры. Суть его в том, что галактические диски, в которых наблюдаются спиральные структуры,
вращаются дифференциально, а не как твердое тело, те. угловая скорость вращения не является постоянной, а уменьшается от центра диска к его периферии. Это означает, что спиральные рукава,
представляющие собой области повышенной концентрации (в несколько раз превышающей концентрацию фона) ионизованного и молекулярного газа и молодых звезд, должны были бы вовлекаться в дифференциальное вращение, постепенно увеличивая свою длину. В результате изначально повышенная концентрация плотности вещества в рукавах со временем должна бы уменьшаться и через несколько оборотов сравниться с фоном.
Поскольку галактические диски за время своего существования совершают от десятка до сотни оборотов (в зависимости оттого, идет ли речь о периферийной или центральной части диска, их спиральные рукава невозможно было бы наблюдать.
Концепция Линдблада о спиральных рукавах как волновых образованиях, вращающихся твер+
дотельно и, следовательно, не подверженных растяжению в дифференциально вращающемся диске,
разрешила это противоречие. Более того, волновая концепция стимулировала бурное развитие галактической динамики и внегалактической ас+
трономии.
Солитоны
По мере развития технических возможностей наблюдательной астрономии обнаруживались новые особенности спиральной структуры, не находившие объяснения в рамках теории волн плотности, существенно разработанной такими известными астрофизиками, как Ц. Лин, Ф. Шу, А. Калнайс, Аи Ю. Тоомре, Д. Линден-Белл и др.
А ль м ан ах КОСМОС Облака с промежуточными скоростями долгое время оставались в тени более заметных и таинственных высокоскоростных облаков. Астрономы измерили их состав, и оказалось, что он соответствует диску Галактики. Кроме того, выяснилось,
что они находятся на расстоянии около 4 тыс.
световых лет от диска, те. там, где и должны действовать фонтаны. Итак, облака с промежуточными скоростями, а не высокоскоростные, представляют собой возвратные потоки «фонтанов».
Подтверждением тому стали молекулы водорода,
найденные в облаках с промежуточными скоростями. Для формирования молекул требуются частицы межзвездной пыли, количество которых достаточно, если окружающий газ химически обогащен.
С другой стороны, в комплексе С молекулярный водород не обнаружен. Таким образом, облака с промежуточными скоростями представляют внутренний газ Галактики, тогда как высокоскоростные облака – первичный газ, поступающий издалека.
Что же касается Магелланова Потока, то как минимум одно высокоскоростное облако представляется обрывком этого течения и находится в головной ее части. При этом по составу оно близко к Малому
Магелланову Облаку, как установили в 1998 г. Ли+
мин Лю (Limin Lu) и его коллеги из Висконсинского университета. Какова бы ни была сила, оторвавшая
Поток от Малого Магелланова Облака, она его ускорила. Сила сопротивления не могла ускорить газ,
это способна сделать только приливная сила. Итак,
открытие группы Лю ответило на вопрос о происхождении Магелланова Потока.
Однако и сила сопротивления проявляет себя.
Спутник FUSE обнаружил высокоионизированный кислород, связанный с Магеллановым Потоком, а это указывает на то, что он окружен горячим газом. Следовательно, галактическая корона простирается гораздо дальше, чем предполагал Спит+
цер, – не на тысячи, а на сотни тысяч световых лет.
Плотность этой короны недостаточна, чтобы срывать газ с Магеллановых Облаков, но после отрыва газа приливной силой трение о корону замедляет его, заставляя медленно падать в Галактику.
Подобным образом гипотеза о темном веществе хотя и не объясняет природы комплексов A и C, может вписаться в более широкую схему. Блитц ожидал, что межгалактические высокоскоростные облака имеют массы от 10 до 100 млн. масс Солнца. Однако в соседних группах галактик, подобных
Местной группе, такие облака не обнаружены, хотя чувствительности современных приборов для этого достаточно. Кроме того, согласно гипотезе Блитца,
видимое излучение высокоскоростных облаков должно быть крайне слабым, однако во всех случаях, когда его искали, оно обнаруживалось. Расчеты показывают если высокоскоростные облака очень далеки, то они должны быть либо полностью ионизованы, либо очень массивны, но ни тони другое не подтверждается наблюдениями. Итак, высокоскоростные облака не могут быть гипотетическими облаками темного вещества.
Роберт Браун (Robert Braun) из Обсерватории
Двингело и Батлер Бартон (Butler Burton) с Винсентом де Хейем (Vincent de Heij) из Лейдена предположили, что наша Галактика и Туманность Андромеды окружены несколькими сотнями небольших облаков, состоящих в основном из темного вещества и ионизованного газа с примесью нейтрального водорода. Массы облаков могут составлять порядка млн. масс Солнца, и они должны не плавать сквозь Местную группу, а находиться в пределах полумиллиона световых лет от ее главных галактик.
Маловероятно, что облака нейтрального газа разбросаны по Местной группе, но облака другого типа могут в ней присутствовать. По линиям ионизованного кислорода спутник FUSE нашел высокоскоростное облако, не содержащее нейтрального газа. Тодд Трипп (Todd M. Tripp) из
Принстонского университета обнаружил подобные облака в других областях Вселенной. Из такого горячего газа могут состоять рукава, протянувшиеся в межгалактическом пространстве и возникающие при моделировании крупномасштабной эволюции Вселенной см. Эван Скан

напьеко, Патрик Птижан и Том Броудхерст, Абсолютная пустота, В мире науки, №2, Полная масса вещества в этих структурах может превышать суммарную массу всех галактик, образуя резервуар, из которого наша Галактика может черпать газ для формирования новых звезд.
Высокоскоростные облака, окружающие Млечный
Путь, напоминают, что мы живем в звездной системе,
которая продолжает формироваться и эволюционировать. Вначале наша Галактика была окружена множеством меньших галактик+спутников и огромным количеством газа. В течение нескольких миллиардов лет она вобрала в себя большинство малых галактик. Одновременно Галактика выбрасывает газ, обогащенный тяжелыми элементами, в свое гало, а возможно, ив межгалактическое пространство.
В ближайшие 10 млрд. лет Млечный Путь поглотит еще больше галактик+спутников, образуя звездные потоки. Наша Галактика движется к столкновению с Туманностью Андромеды. Неизвестно, как будет выглядеть Млечный Путь в далеком будущем, номы знаем, что его формирование еще не завершено. В мире науки, №4, ГАЛАКТИКИ bbБ арт В а к к ер, Филипп Р их тер bИЗ ЖИЗНИ СПИРАЛЬНЫХ
ГАЛАКТИК
Алексей Фридман
Разрешив основной парадокс спиральной структуры, современная наука, однако, до сих пор не дала исчерпывающего ответа на вопрос о происхождении спиральных рукавов
составляют единую спирально-вихревую структуру вне зависимости от вида кривой вращения и типа неустойчивости, их породившей. Это означает, что антициклоны должны присутствовать также в галактиках с гладкой кривой вращения.
Поиск антициклонов в галактиках с профилем вращения без каких-либо особенностей (а таких почти половина) весьма затруднен. Действительно,
скачок на профиле скорости вращения является местом не только локализации центров вихрей,
но и расположения коротационной окружности,
где скорость спирального узора совпадает со скоростью галактического диска. Следовательно, со скачком скорости связана система координат,
относительно которой спиральные рукава остаются неподвижными, а антициклоны – стационарными. Сепаратриса, отделяющая антициклон с захваченными газовыми облаками от других
«пролетных» облаков, также расценивается как стационарная в системе координат, связанной скоротацией. В любой другой системе координат она нестационарна, и разделение траекторий с захваченными облаками в антициклоне и траекторий спролетными облаками проблематично.
Другими словами, в любой системе координат,
не связанной с коротацией, выделить антициклоны в настоящее время не представляется возможным. Решение некорректной задачи

Как определить коротационную окружность в галактиках с гладкой кривой вращения Как выделить вихревые линии тока в плоскости галактики, если измеряется лишь одна компонента скорости вдоль луча зрения по доплеровскому смещению спектральных линий Чтобы ответить на эти вопросы, российские ученые разработали метод решения некорректной задачи – определения трех компонент скорости газового диска, располагая данными измеренного поля лишь одной составляющей – лучевой скорости. Как известно,
решение любой некорректной задачи невозможно без введения некоторых дополнительных предположений. Достоверность решения резко повышается, если адекватность используемых предположений удается доказать путем анализа данных наблюдений. Изложение метода решения некорректной задачи см. на след. странице.)

Параметры волны
В то время как использование гидродинамических уравнений для описания динамики газовых галактических дисков представляется заведомо оправданным, приближенное описание параметров волны в виде (2) требует отдельного обоснования. Для его подтверждения специалистами было предложено несколько наблюдательных тестов, самый простой и естественный из которых состоит в проверке преобладания второй гармоники в Фурье-спектре возмущенной плотности диска и первых трех гармоник в Фурье-спектре возмущенной лучевой скорости напомним, что при подстановке (2) в (1) мы приходим к Фурье-разложению функции V
изм
, содержащему только гармоники до третьей включительно. В качестве примера приведем некоторые результаты, полученные при восстановлении описанным методом поля скоростей газового диска спиральной галактики NGC 157 из измеренного поля лучевой скорости этого диска. Циклоны и антициклоны

На риса показан спектр Фурье возмущенной поверхностной плотности, а на рис. б
– возмущенной лучевой скорости. Явное преобладание второй гармоники в первом случае и первых трех гармоник во втором служит веским аргументом в пользу корректности используемого метода. На риса показано векторное поле скоростей в плоскости газового диска NGC 157 в системе координат, вращающейся вместе со спиральным узором. Между спиральными рукавами хорошо видны вихревые структуры. Поскольку газ в них вращается против движения галактики в лабораторной системе координат, направление которого
А ль м ан ах КОСМОС ИЗ ЖИЗНИ СПИРАЛЬНЫХ ГАЛАКТИК
Причина прежде всего состояла в том, что они развивали, в основном, линейную теорию волн плотности. В тоже время наблюдения показывали, что плотность вещества в рукавах в несколько раз превосходит плотность фона. Таким образом, возникла необходимость создания нелинейной теории волн плотности, простейший вариант которой привел к качественно новой трактовке, описывающей спиральные рукава как солитоны огибающей
(рис. а. Многочисленные наблюдения доказали их поразительную устойчивость при распространении в различных неоднородных средах. Сохранение спиральных рукавов на протяжении многих оборотов диска, те. в течение продолжительных динамических времен в дифференциально вращающейся неоднородной по плотности системе, вполне естественно, если считать рукава солитонами огибающей. Это подразумевает наличие внутри них короткопериодической осцилляторной структуры. Спустя 24 года после разработки нелинейной теории спиральных рукавов такая структура была обнаружена в спиральных рукавах галактики 1365 – одной из ближайших к нам гигантских спиральных галактик рис. б. Таким образом, открытие новой структуры подтвердило представления о солитонной природе спиральных рукавов. Гидродинамическая неустойчивость в диске
Разрешив основной парадокс спиральной структуры и объяснив многие связанные с ней данные, современная наука, однако, до сих пор не дала исчерпывающего ответа на вопрос о происхождении спиральных рукавов. Очевидно, что причиной их возникновения является некая неустойчивость диска. Однако если это так, то она должна вызывать возмущение не только поверхностной плотности (тете самые рукава, но и других параметров диска, например, скорости.
Однако до сих пор ничего подобного не было обнаружено. Немаловажную роль в решении вопроса о структурах в полях скоростей спиральных галактик сыграло определение их кривых вращения и наличие в некоторых из них скачков скорости.
Это подтолкнуло ученых к созданию гравигидро+
динамической обобщенной концепции спиральной структуры. Кроме сил самогравитации диска она учитывает также градиенты плотности и скорости. Проведенные российскими специалистами детальные исследования кривых вращения спиральных галактик показали, что не менее чем в половине из них наблюдаются скачки скорости на кривых вращения, которых достаточно,
чтобы вызвать гидродинамическую неустойчивость в диске, ведущую к генерации спиральных рукавов. Доказанная тождественность динамических уравнений галактического самогравитирующе+
го диска и вращающейся мелкой воды послужила основой для моделирования процесса генерации спиральных волн плотности на настольной экспериментальной установке. Ее схема показана на
рис. а. Две независимо вращающиеся части установки – ядро (1) и периферия (2) – создают скачок скорости вращения мелкой воды (3), аналогичный наблюдаемому в спиральных галактиках рис. б. Кроме всевозможных спиральных рукавов рис. в, многообразие которых связано с различной величиной относительного скачка скорости вращения, между ними были обнаружены антициклоны рис. г. Их центры находятся как разв области скачка скорости. Так лабораторный эксперимент позволил предсказать существование новых структур в спиральных галактиках – гигантских антициклонов (их размеры всего лишь в 2 раза меньше радиального протяжения спиральных рукавов).
1   ...   9   10   11   12   13   14   15   16   ...   36

перейти в каталог файлов


связь с админом