Происхождение и эволюция галактик и звезд Область звездообразования – туманность Ориона (М42), г Альнитак Альнилам

Модель звездообразования Радиус видимой части Вселенной – Метагалактики не может превышать расстояние, которое излучение проходит за время, равное возрасту Вселенной – 13,7±2 млрд. лет по современным представлениям. Следовательно галактики, родившиеся почти через 0,5 млрд. лет от Большого Взрыва, имеют возраст свыше 13 млрд. лет. Самые старые звезды с возрастом свыше 10 млрд. лет входят в состав шаровых звездных скоплений (население 2-го типа с низким содержанием элементов тяжелее Не). Скорее всего они образовались одновременно с галактиками. Шаровое звездное скопление М80 в созвездии Скорпиона в 8280 пк.

Возраст Вселенной и галактик а) Возраст нашей Галактики составляет 13,7 млрд.лет (точность 1%). б) Вселенная состоит из - 4% атомов видимого вещества; - 23% занимает темное вещество; - остальные 73% загадочная "антигравитация" (темная энергия), побуждающая Вселенную расширяться. Галактики начали образовываться через 100 млн.лет после Большого Взрыва и в последующие 3-5 млрд.лет сформировались и сгруппировались в скопления. Следовательно возраст самых старых эллиптических галактик около 14 млрд.лет. Первые звезды появляются через 1млн.лет после Большого Взрыва, следовательно должны иметься звезды с возрастом около 14 млрд.лет. 30 июня 2001 года с "Мыс Канаверал" стартовал астрономический аппарата НАСА "MAP" ("Microwave Anisotropy Probe") массой 840 кг и стоимостью 145 млн. $ и 1 октября 2001 года он достиг точки либрации L2 (гравитационного баланса между Солнцем, Землей и Луной), удаленной на 1,5 миллиона километров от Земли. Назначение КА - составить объемную картину взрыва и заглянуть в то время, когда еще не возникли звезды и галактики. WMAP: 1-балансировачные грузы системы точной стабилизации, 2-датчик системы навигации, 3-блок приемной электроники, 4- волновод, 5-всенаправленная антенна, 6- зеркало 1,4*1,6 м, 7-второй рефлектор, 8- охлаждение, 9-крепежная платформа, 10- электроника, 11-экран от солнечного света. С помощью космического аппарата НАСА WMAP собирающего сведения о фоновом микроволновом излучении, к 2006 году установлено:

Возникновение галактик

Эволюция вещества в галактике

Краткая история развития Вселенной ВремяТемператураСостояние Вселенной секБолее KИнфляционное расширение секБолее KПоявление кварков и электронов cек10 12 KОбразование протонов и нейтронов сек - 3 мин KВозникновение ядер дейтерия, гелия и лития 400 тыс. лет4000 КОбразование атомов 15 млн. лет300 KПродолжение расширения газового облака 1 млрд. лет20 KЗарождение первых звезд и галактик 3 млрд. лет10 K Образование тяжелых ядер при взрывах звезд млрд. лет3 KПоявление планет и разумной жизни лет10 -2 KПрекращение процесса рождения звезд лет KИстощение энергии всех звезд лет-20 K Испарение черных дыр и рождение элементарных частиц лет KЗавершение испарения всех черных дыр

Образование звезд Звезды образуются всегда группами (скоплениями) в результате гравитационной неустойчивости в холодных (Т=10К) и плотных молекулярных облаках массой не менее 2000 М. ГМО с массой более 10 5 М (известно более 6000) содержат до 90% всего молекулярного газа Галактики. Скопление холодного газа и пыли – глобула В68 (каталог Барнарда), фрагмент ГМО. Масса глобулы может достигать до 100 М Сжатию способствуют ударные волны при расширении остатков вспышек сверхновых, спиральные волны плотности и звездный ветер от горячих ОВ-звезд. Температура вещества при переходе от молекулярных облаков через фрагментацию облака (появление глоб) к звездам возрастает в миллионы раз, а плотность – в раз. Стадия развития звезды, характеризующаяся сжатием и не имеющая еще термоядерных источников энергии, называется протозвездой (греч. протос «первый»).

Эволюция звезд солнечного типа У образующейся протозвезды ядро втягивает все, или почти все вещество, сжимается и когда температура внутри превысит 10 млн.К, начинается процесс выгорания водорода (термоядерная реакция). Для звезд с M от самого начала прошло 60 млн.лет. На главной последовательности – самый продолжительный этап в жизни, звезды солнечного типа находится 9-10 млрд.лет. В прилегающем к ядру слое, как правило, остается водород, возобновляются протон-протонные реакции, давление в оболочке существенно повышается, и внешние слои звезды резко увеличиваются в размерах - звезда смещаться вправо – в область красных гигантов, увеличиваясь примерно в размере в 50 раз. В конце жизни, после стадии красного гиганта, звезда сжимается превращаясь в белый карлик, сбрасывает оболочку (до 30% массы) в виде планетарной туманности. Белый карлик продолжает слабо светиться еще очень долго, пока его тепло не израсходуется полностью, и он превратится в мертвого черного карлика. После того как звезда израсходует содержащийся в центральной части водород, гелиевое ядро начнет сжиматься, его температура повысится настолько, что начнутся реакции с большим энерговыделением (при температуре К начинается горение гелия - составляет по времени десятую часть горения Н).

Эволюция массивных звезд Сейчас известны два основных фактора, приводящие к потере устойчивости и коллапсу: = при температурах 5–10 млрд. К начинается фотодиссоциация ядер железа – «развал» ядер железа на 13 альфа-частиц с поглощением фотонов: 56 Fe + ? > 13 4 He + 4n, = при более высоких температурах – диссоциация гелия 4 He > 2n + 2p и нейтронизация вещества (захват электронов протонами с образованием нейтронов). Сброс оболочки звезды объясняют взаимодействием нейтрино с веществом. Распад ядер требует значительных затрат энергии, вещество теряет упругость, ядро сжимается, температура возрастает, но не так быстро, чтобы приостановить сжатие. Большая часть выделяемой при сжатии энергии уносится нейтрино. В результате нейтронизации вещества и диссоциации ядер происходит как бы взрыв звезды внутрь – имплозия. Вещество центральной области звезды падает к центру со скоростью свободного падения, втягивая последовательно все более удаленные от центра слои звезды. Начавшийся коллапс может остановиться упругостью вещества, достигшего ядерной плотности и состоящего в основном из вырожденных нейтронов (нейтронная жидкость). При этом образуется нейтронная звезда. Оболочка звезды приобретает огромный импульс и сбрасывается в межзвездное пространство со скоростью до км/с. При коллапсе ядер самых массивных звезд с массой более 30 масс Солнца имплозия ядра, по- видимому, приводит к образованию черной дыры. В звездах с массой больше 10M термоядерные реакции проходят в невырожденных условиях вплоть до образования самых устойчивых элементов железного пика (рис). Масса эволюционирующего ядра слабо зависит от полной массы звезды и составляет 2–2,5 M.

Схематическая структура звезд различного типа

Последняя стадия эволюции звезд Крабовидная туманность - газовый остаток сверхновой с коллапсом ядра, взрыв которой наблюдался в 1054г. В центре - нейтронная звезда, выбрасывающая частицы, заставляющие газ светиться (голубой). Внешние волокна в основном состоят из водорода и гелия разрушенной массивной звезды. NGC 6543, Туманность Кошачий Глаз внутренняя область, изображение в псевдоцвете (красный Hα; синий нейтральный кислород, 630 нм; зелёный ионизированный азот, нм). Планетарные туманности образуются при сбросе внешних слоёв (оболочек) красных гигантов и сверхгигантов с массой 2.58 солнечных на завершающей стадии их эволюции. Рисунок: аккреционный диск горячей плазмы, вращающийся вокруг чёрной дыры