Галактики і квазари. Поняття про галактику Гала́ктика гігантські (до сотень мільярдів зірок) зоряні системи, утримувані силами гравітації.зірок гравітації. - презентация

1 Галактики і квазари

2 Поняття про галактику Гала́ктика гігантські (до сотень мільярдів зірок) зоряні системи, утримувані силами гравітації.зірок гравітації Спіральні галактики типу Чумацького шляху, плоскі за формою, у центрі старі зірки, оточені молодими зірками, зібраними в «руки» спіралі типу колеса Катаріни. Руки спіральних галактик містять газ і пил, з яких формуються нові зірки. Еліптичні галактики складаються зі старих зірок і дуже невеликої кількості газу. Це найбільш великі галактики, що складаються з більш ніж із трильйона зірок. Більшість галактик зібрана в кластери, які містять від кількох до тисяч членів.Чумацького шляху На початку ХХІ ст. виявлено, що практично в центрі кожної галактики знаходиться чорна діра, яка відіграє ключову роль у генезисі галактик.чорна діра Походження назви Слово галактика походить від грецького galaxias (грец. γαλαξίας), що, по суті, означає нашу галактику.грецькогогрец.нашу галактику Згідно давньої грецької легенди син Зевса Геракл народився від смертної жінки. Це не задовільняло Зевса, оскільки він прагнув, щоб його син був безсмертним. Через це він спробував покласти немовля Геракла до грудей богині Гери, щоб той посмоктавши її молока зміг таким чином стати безсмертним. Проте Гера проснулася в той час, як Геракл їв і відштовхнувши його в сторону, випорскнула молоко на небо. Таким чином сформувався молочний шлях, що є нашою галактикою.давньої грецької легендиЗевсаГераклГери В Україні нашу галактику називають Чумацьким шляхом. Це пов'язують з тим, що колись в давнину українські чумаки мандрували до моря на південь по сіль і переважно орієнтувались вночі саме по зірках. Завдяки своїй протяжності з півночі на південь Чумацький шлях давав можливість чумакам зорієнтуватися в просторі. За іншою версією зорі на небі - це розсипана чумаками сіль.чумаки

3 Галактика – це велика зоряна система що складається із зір, зоряних скупчень, пилових і газових туманностей, розсіяного газу і пилу. До нашої Галактики входять Сонце і сонячна система. Вік Галактик понад 10 млрд. років. Залежно від розмірів у Галактиках міститься до 100 млрд. зір. Галактики спостерігаються у вигляді світлих туманних плям круглої, овальної або неправильної форми. За структурою розрізняють три типи Галактик: спіральні, еліптичні й неправильні, рідше бувають кільцеві. Галактики, що є джерелами радіовипромінювання, називаються радіогалактиками. В них відбуваються бурхливі процеси, які супроводжуються викидами речовини. На більших віддалях (до 12 млрд. світлових років) спостерігаються зореподібні радіоджерела – квазари. Потужністю випромінювання вони перевершують найбільші за розміром Галактики. За хімічним складом квазари дуже близькі до газових туманностей. В них значний надлишок ультрафіолетового та інфрачервоного випромінювання порівняно зі звичайними зорями. Зорі є джерелом променевої енергії, що створюється в їхніх надрах і випромінюється у космічний простір. Зорі складаються з сильно нагрітого іонізованого газу, стиснутого спільним гравітаційним тяжінням. При заглибленні в надра зорі тиск, густина і температура газу зростають (в центрі зорі температура досягає млн. градусів). Джерелом енергії є термоядерні реакції перетворення легких хімічних елементів на важчі (в основному водню на гелій). Температуру зовнішніх шарів зорі визначають за їх кольором: червоні зорі мають 2000 – С, жовті – С, білі – С, голубі – С. Основні типи зір за розміром – гіганти і карлики. До останніх належить і наше Сонце. Існує багато зір з різними особливостями. Це подвійні зорі (вони обертаються навколо спільного центра маси), нейтронні та змінні (перебувають у нестаціонарному стані). Нейтронні зорі – це надгусті зорі, речовина яких складається в основному з виродженого газу нейтронів з невеликою домішкою інших елементарних частинок. Маса нейтронної зорі близька до маси Сонця. Вони є кінцевими стадіями еволюції зір з масами до двох мас Сонця і утворюються після спалахів наднових зір. Нейтронні зорі виявляють себе як пульсари, а також як барстери – зорі з потужним випромінюванням енергії в рентгенівському діапазоні, що спалахують з величезною енергією. Змінні зорі розрізняються як зорі з потужним випромінюванням у рентгенівському діапазоні, з потужними магнітними полями, з великою кількістю металів та ін. Неозброєним оком на всій небесній сфері видно близько 6000 сильних зір, а у потужні телескопи видно більш слабкі зорі – їх мільярди. Чорні діри – це щільні астрофізичні обєкти, які створюють настільки велику силу тяжіння, що ніякі як завгодно швидкі частинки не можуть відірватися з їхньої поверхні. Пошуки їх у Всесвіті – одна з актуальних задач астрофізики. Припускають, що чорні діри можуть бути невидимими компонентами деяких подвійних систем. Виявити їх при цьому можна по рентгенівському випромінюванню, яке виникає в наслідок перетікання газу на чорну діру з сусідньої (звичайної) зорі. Припускають також, що в ядрах активних Галактик і квазарах можуть бути надмасивні чорні діри. Галактичні туманності – це газові, пилові або газо-пилові хмари, що входять до складу Галактик. За формою розрізняють дифузні, планетарні, залишки вибуху наднових зір та ін. Дифузні туманності – це складові частини загального газопилового шару Галактики. Їх поділяють на емісійні, відбивні та темні Галактичні туманності. Емісійні Галактичні туманності – частина газового шару, що світиться внаслідок збудження її ультрафіолетовим випромінюванням однієї або кількох сусідніх гарячих зір (люмінесценція). Світіння емісійних Галактичних туманностей згасає в процессі старіння збуджуючих зір. Світіння відбивних Галактичних туманностей зумовлене розсіянням світла сусідніх менш гарячих зір. Різниця між темними і відбивними Галактичними туманностями в тому, що поблизу темних туманностей немає освітлюючих зір. У певних умовах такі туманності можуть втрачати гравітаційну стійкість, стискаючись з наступним подрібненням і утворенням протозір. Іноді всі три типи дифузних Галактичних туманностей трапляються в єдиному комлексі. Планетарні Галактичні туманності, залишки вибуху наднових зір та інші, відносяться до туманностей, що безпосередньо повязані із зорями, в процесі еволюції яких вони виникли. Планетарна Галактична туманність – це кільцеподібна або аморфна туманність, в центрі якої міститься ядро, яке збуджує люмінесцентне світіння туманності. Ці туманності та їхні ядра утворюються в процесі еволюції червоних гігантів. Всередині туманності іноді спостерігають пульсар – залишок зорі яка вибухнула

4 Всесвіт. Космічні системи. Галактика Всесвіт весь існуючий матеріальний світ безкінечний в просторі та часі і безмежно різноманітний за формами. Основна маса речовини Всесвіту (98%) зосереджена в зірках і складається з водню (80%) та гелію (18%). Наявність інших газів незначна. Найважливішими космічними тілами є зірки. А міжзоряний простір займає надзвичайно розріджений газ та пил, що місцями утворюють гігантські туманності. Зірки у Всесвіті об'єднуються в різні системи. Величезні за кількістю зірок та розмірами системи називаються галактиками. Вони розподіляються у Всесвіті нерівномірно, утворюючи групи, скупчення та велетенські системи надгалактики. Зараз відомо більше 20 надгалактик. Частина космосу, яка доступна для спостереження сучасними астрономічними приладами, називається Метагалактикою. Наша галактика (Молочний Шлях) об'єднує понад 150 млрд. зірок та більше 100 млн. туманностей. Разом з туманністю Андромеди утворює центр місцевої системи галактик, до складу якої входять три гігантські спіральні, 15 карликових еліптичних та ряд неправильних галактик. За формою наша галактика спіральна, нагадує диск. В Галактиці наявні космічні промені елементарні часитини, що мають велику енергію і рухаються із швидкістю світла. Крім того, в Галактиці існують мігнітні і гравітаційні поля та електромагнітне випромінювання. Ще у XVIII ст. було відмічено, наша зоряна система має сплющену форму, симетричну відносно головної площини, що називається площиною Галактики. Велике коло, по якому вона пересікається з небесною сферою, називається галактичним екватором. Він майже співпадає з середньою лінією Молочного Шляху. Центральне згущення Галактики називається ядром. Воно має форму стиснутого сфероїда з великою піввіссю тис. світлових років і малою 6- 7 тисяч. Встановлено, що Сонце знаходиться від центра Галактики на відстані 10 тис. парсек, а її межа від Сонця на віддалі 5 тис. пс. Отже, діаметр Галактики складає 30 тис. парсек. Галактика має спіральну структуру. Плоска підсистема складається із зірок спектральних класів В і О, наднових зірок другого типу, темних туманностей, зоряних асоціацій. як правило все це молоді об'єкти. Проміжна підсистема зайнята зірками типу R V Тільця, білими карликами, зірками спектральних класів C і S та планетарними туманностями. До сфероїдальної підсистеми відносяться зорі типу RR Ліри, W Діви, субкарлики, кульові зоряні скупчення, наднові першого типу. Вважають, що всього в нашій зоряній системі може бути декілька тисяч розсіяних зоряних скупчень та близько 100 кульових. Крім цих двох типів у Галактиці наявні ще так звані зоряні асоціації, що займають більший об'єм, ніж скупчення, тобто густина тут помітно більша від середньої густини галактичного поля. В області Молочного Шляху наявні темні туманності "Кінська голова" та "Вугільний мішок". Багато об'єктів подібних "Вугільному мішку", утворюють широку темну смугу вздовж середньої лінії Молочного Шляху так звану Велику розвилку Молочного Шляху. Ці темні плями, що викликають міжзоряне поглинання світла є не що інше як космічний пил. Пил відносиься до плоскої підсистеми Галактики, розподіляючись там товщиною в кілька сотень парсек. В Галактиці наявний також міжзоряний газ, якого в середньому в 100 разів більше, ніж пилу. Відома газова туманність в сузір'ї Оріону, протяжністю в 6 пс., що помітна вночі навіть неозброєним оком. Є ще подібні туманності "Омега", "Лагуна" в сузір'ї Стрільця та ін. В середині газових туманностей, або поблизу них знаходиться гаряча зірка спектрального класу О або ВО, що є причиною свічення туманності. Гарячих зірок порівняно мало і тому газові туманності складають лише біля 5% міжзоряного середовища. Отже, загальна структура Галактики центральне згущення, спіральні рукави і диск. Центральне згущення займає внутрішню область Галактики і закрите від нас непрозорою матерією. На віддалі 3 Кпс. від центру Галактики виявлений водневий рукав, що розширюється від центра із швидкістю 50 км/с. Там, де знаходиться Сонце, є декілька спіральних рукавів, вздовж яких розташовуються скупчення молодих зірок і хмари міжзоряного газу і пилу. Наприклад, рукав гарячих зірок в сузір'ї Оріона, на краю якого знаходиться і наше Сонце. Виявлені ще два рукави. Можливо це відгалуження однієї і тієї ж спіралі. Але не виключено, що наша Галактика має декілька спіральних рукавів, пов'язаних з центральним згущенням. Ці уявлення про структуру Галактики ще тільки орієнтовні.

5 Всесвіт. Космічні системи. Галактика Крім нашої Галактики існує ще багато галактик, зокрема Туманність Андромеди, Велика і Мала Магелланові хмари та ін. Незважаючи на різноманітність форм, основні елементи структури галактик ті ж, що і нашої. Більшість з них в центрі мають згущення, а зовнішні частини здебільшого спіралеподібні. За зовнішнім виглядом галактики поділяються на еліптичні, спіральні, неправильні і пекулярні. Еліптичні мають форму еліпсоїдів без різких меж, яскравіші в центрі. Спіральні галактики найчисленніші. Наприклад, наша Галактика і Туманність Андромеди. Неправильні галактики не мають центрального потовщення і не симетричні. Пекулярні це ті галактики, що не відносять ся до жодного з попередніх класів. Галактики навіть одного типу можуть дуже відрізнятись за своїми розмірами, масами, свіченням та ін. З допомогою спеціального аналізу доведено, що галактики обертаються. Періоди обертання їх зовнішніх частин 100 млн. років. Ще мало вивчені центральні згущення галактик, що називаються іноді ядрами. Ядра галактик, подібних до нашої, мало активні тобто з їхнього центра відбувається відносно повільне відтікання газу з швидкістю десятки км/с. у галактиках з активними ядрами відбувається відтік газу з швидкістю в сотні і тис. км/с. Є галактики що дуже випромінюють радіохвилі. Квазари. Це джерела випромінювання іноді з викидами речовини. Їх уже вивчено більше 200. Квазари дають надлишок випромінювання в інфрачервоній і рентгенівській частинах спектру. Це найдальші з відомих нам космічних об'єктів. Можливо квазари це велетенські плазменні утворення з масами порядку мільярда сонячних. Здебільшого галактики трапляються невеликими групами, часто до обширних скупчень сотень і тисяч галактик. Наша Галактика входить до групи, що включає три гігантські спіральні галактики: наша Галактика, туманність Андромеди і туманність у сузір'ї Трикутника, а також 15 карликових еліптичних і неправильних галактик. Згідно нових даних скупчення і групи галактик утворюють грандіозну систему Надгалактику. Окремі галактики при цьому, очевиидно, концентруються в деякій площині.

6 Существует точка зрения, что с самого начала протовещество, из которого впоследствии образовалась Вселенная, с гигантской скоростью начало расширяться. На начальной стадии это плотное вещество разлетелось, разбегалось во всех направлениях и представляло собой однородную бурлящую смесь неустойчивых, постоянно распадающихся при столкновении частиц. Остывая и взаимодействуя на протяжении миллионов лет, вся эта масса рассеянного в пространстве вещества концентрировалась в большие и малые газовые образования, которые в течение сотен миллионов лет, сближаясь и сливаясь, превращались в громадные комплексы. В них в свою очередь возникали более плотные участки – там в последствии и образовались звёзды и даже целые галактики. Окружающие Солнце звёзды и само Солнце составляют малую часть гигантского скопления звёзд и туманностей, которую называют Галактикой. Галактика имеет довольно сложную структуру. В первом, самом грубом, приближении можно считать, что звёзды и туманности, из которых она состоит, заполняют объём, имеющий форму сильно сжатого эллипсоида вращения. На самом деле всё обстоит гораздо сложнее, и нарисованная картина является слишком грубой. В действительности разные типы звёзд по- разному концентрируется к центру Галактики и к её «экваториальной плоскости». Например, газовые туманности, а также очень горячие массивные звёзды сильно концентрируются к экваториальной плоскости Галактики. С другой стороны, звёзды и звёздные скопления некоторых типов почти никакой концентрации к экваториальной плоскости не обнаруживают, но зато характеризуются огромной концентрацией в центре. Существенная часть звёзд в Галактике находится в гигантском диске диаметром примерно 100 тыс. и толщиной около 1500 световых лет. В этом диске насчитывается более сотни миллиардов звёзд самых различных видов. Наше Солнце – одна из таких звёзд, находящихся на периферии Галактики вблизи её экваториальной плоскости. Галактика содержит и структурные детали гораздо больших масштабов.

7 Звёзды и туманности в пределах Галактики движутся довольно сложным образом. Прежде всего они участвуют во вращении Галактики вокруг оси, перпендикулярной её экваториальной плоскости. Различные участки Галактики имеют различные периоды вращения. Звёзды очень сильно удалены друг от друга. (одно столкновение в миллион лет). Число звёзд в Галактике порядка триллиона. Самые многочисленные из них – карлики с массами, примерно в 10 раз меньшими массы Солнца. Существуют также двойные и кратные звёзды, а также звёздные скопления –группы звёзд, связанных силами тяготения и движущиеся в пространстве как единое целое. В различных созвездиях обнаруживаются туманные пятна, которые в основном состоят из газа и пыли – туманности. Интересна небольшая диффузная туманность, названная Крабовидной. Это источник не только оптического излучения, но и радиоизлучения, рентгеновских и гамма-квантов. В центре Крабовидной туманности находится источник импульсного электромагнитного излучения – пульсар. Но даже там, где не видно ни звёзд, ни туманностей, пространство не пусто. Оно заполнено очень разреженным межзвёздным газом и межзвёздной пылью. В межзвёздном пространстве существуют различные поля (гравитационное и магнитное). Галактику можно представить очень упрощённо в виде диска с ядром в центре и огромными спиральными ветвями, в основном содержащими наиболее горячие и яркие звёзды и массивные газовые облака. Диск со спиральными ветвями образует основу плоской подсистемы Галактики. А объекты, концентрирующиеся к ядру Галактики и лишь частично проникающие в диски, относятся к сферической подсистеме. Сама Галактика вращается вокруг своей центральной области. В центре Галактики сосредоточена небольшая часть звёзд. Поэтому при вращении Галактики с увеличением расстояния от центра изменяются и угловая (убывает), и линейные(возрастает) скорости вращения Галактики. Галактики бывают эллиптические (эллипсоиды с разной степенью сжатости (красные гиганты)), спиральные (наша Галактика, Туманность Андромеды), неправильные (не имеют центральных ядер, в них не обнаружены закономерности). В ходе структурообразования во Вселенной возникли звёзды, эти ядерные «костры», горение которых поддерживается протекающими в их недрах реакциями нуклеосинтеза. в отличие от первичного он получил название звёздного нуклеосинтеза. Разнообразие типов звёзд и соответственно реакций звёздного нуклеосинтеза, изменение условий протекания таких реакций со временем создало ситуацию, коренным образом отличную от существовавшей в эпоху первичного нуклеосинтеза. отсюда возникло убеждение, что элементы тяжелее гелия рождались (и продолжают рождаться) в недрах звёзд, что они – зола и шлаки звёздных костров. Как же звёздный нуклеосинтез сделал то, что оказалось не под силу первичному нуклеосинтезу – преодолел «щели масс»?

8 Идея механизма такого преодоления впервые была высказана английским астрофизиком Ф.Хойлом (р.1915). Хойл высказал идею: на определённых стадиях развития некоторых типов звёзд появляются условия для объединения трёх ядер гелия (трёх частиц) в ядро углерода 12С. такая реакция решает проблему преодоления «щели масс», оставляя позади сразу оба барьера. Далее открываются возможности образования ещё более тяжёлых, чем углерод, ядер неона, кислорода, кремния и др. Согласно современным представлениям, присутствующие в межзвёздной среде тяжёлые элементы появились в звёздах типа красных гигантов. Жёлтые карлики типа нашего Солнца поддерживают своё состояние главным образом в результате ядерных реакций, названных водородным циклом. Так что звёзды этого типа не создают элементов тяжелее гелия. Красные гиганты обладают массой, в несколько раз превышающей солнечную, водород в них выгорает очень быстро. В центре, где сосредоточен гелий, их температура достигает нескольких сотен миллионов градусов, что оказывается достаточным для протекания реакций углеродного цикла. В этом цикле три ядра гелия соединяются и образуют возбуждённое ядро углерода. Оно в свою очередь может присоединить ещё одно ядро гелия и образовать ядро кислорода, затем неона и так вплоть до кремния. Выгорающее ядро звезды сжимается и температура в нём поднимается до 3-10 млрд. градусов. В таких условиях реакции объединения продолжаются вплоть до образования ядер железа. С 1963 года начались открытия звёздоподобных источников радиоизлучения – квазаров. Сейчас их открыто более тысячи. Самый яркий квазар, имеющий обозначение 3С 273, виден как звезда. В действительности этот квазар, находящийся от нас на расстоянии около 3 млрд. Световых лет, излучает больше энергии в оптическом диапозоне, чем самые яркие галактики. Этот квазар оказался одним из самых мощных источников рентгеновского излучения. Блеск квазара не остаётся постоянным, что позволяет оценить размеры квазара. Они превышают размеры одного светового года. Следовательно, квазар больше обычных звёзд, но гораздо меньше нашей галактики. Квазары не похожи на обычные звёзды своими массами. Массы квазаров достигают многих

9 Два коренных вопроса планетологии: является ли образование планетных систем во Вселенной правилом или единственная известная человечеству Солнечная система появилась в результате редчайшего совпадения обстоятельств, что делает её уникальной? Каков механизм образования Солнечной системы? Доказательных ответов на эти вопросы пока нет. Современная научная мысль решительно отвергает допущение о случайном образовании и исключительном характере события такой значимости, как возникновение сложнейшего сообщества звёзд и группы связанных с ними планет. В пользу такой точки зрения говорят известные на сегодняшний день факты, полученные при исследовании звёзд в близких к Солнцу галактических окрестностях. У большинства астрономов на этот счёт сложилось вполне определённое мнение: современная астрономия даёт серьёзные аргументы в пользу наличия планетных систем у многих звёзд, в пользу их типичности, а не исключительности. За последние 50 лет регулярно поступают сведения, которые истолковываются как аргументы в пользу наличия планетных тел или предпосылок для их образования около большого числа звёзд, находящихся в радиусе примерно 20 парсек от Солнца. Особенно богатая информация начала поступать после запусков астрономических спутников, оснащённых разнообразными исследовательскими приборами высокой точности. Заметно усовершенствовались и наземные средства наблюдения, развиты принципиально новые методы обработки получаемых с их помощью данных.

10 Начиная с 1983 года американский спутник ИРАС, заслуги которого отмечались в связи с его вкладом в «горячую» модель образования галактик, обнаружил примерно у 10% звёзд, находящихся в окрестностях Солнца, избыточное инфракрасное излучение. По мнению специалистов, оно связано с присутствием вокруг таких звёзд пылевых дисков, содержащих мелкие твёрдые частицы. Детальные наземные исследования этих звёзд подтвердили такие предположения. О механизме формирования планет, в частности в Солнечной системе, также нет общепризнанных заключений. Солнечная система, по оценкам, образовалась примерно 5 млрд. лет назад, причём Солнце – звезда второго (или ещё более позднего) поколения. Так что Солнечная система возникла на продуктах жизнедеятельности звёзд предыдущих поколений, скапливавшихся в газопылевых облаках. Это обстоятельство даёт основание назвать Солнечную систему малой частью звёздной пыли. О происхождении Солнечной системы и её исторического эволюции наука знает меньше, чем необходимо для построения теории планетообразования. От первых научных гипотез, выдвинутых примерно 250 лет назад, до наших дней предложено большое число различных моделей происхождения и развития Солнечной системы, но ни одна из них не удостоилась перевода в ранг общепризнанной теории. Большинство из выдвигавшихся ранее гипотез сегодня представляет лишь исторический интерес. Солнечная система – очень сложное природное образование, сочетающее разнообразие составляющих её элементов с высочайшей устойчивостью системы как целого.

11 Солнечная система представляет собой группу небесных тел, весьма различных по размерам и физическому строению. В эту группу входят: Солнце, девять больших планет (астероидов), сотни комет и бесчисленное множество метеоритных тел, движущихся как роями, так и в виде отдельных частиц. К 1979г. было известно 34 спутника и 2000 астероидов. Все эти тела объединены в одну систему благодаря силе притяжения центрального тела – Солнца. При таком числе и разнообразии составляющих систему элементов, при тех сложных взаимоотношениях, которые устанавливаются между ними, задача теоретического описания Солнечной системы, не говоря уж о задаче определения механизма её образования, оказывается очень непростой. Согласно современным представлениям, решение проблемы образования Солнечной системы требует учёта присутствующих магнитных полей, плазменного состояния вещества, эффектов взаимодействия магнитных полей с плазмой, магнитогидродинамических и газодинамических явлений, химических взаимодействий элементов. Хотя сегодняшние представления о процессе образования Солнечной системы далеки от завершения, сложилось прочное представление о закономерном характере процессов этого типа, протекающих в общем потоке структурной самоорганизации Вселенной. Локальные структуры формируются при участии двух противоположных, но взаимосвязанных механизмов: фракционирования крупных неорганизованных образований (таких, как газопылевые облака) и аккреции мелких частиц вещества с образованием более организованных крупных объектов, развивающихся потом как естественное тело. Необходимое условие совместного действия этих механизмов – значительная неравновесность среды, в которой происходит формирование структур

12

13

14 Наша галактика Результаты нового астрономического исследования привели к существенному уточнению размеров нашей Галактики и к созданию более точной ее карты, чем прежде. Наша Галактика состоит из нескольких спиральных рукавов. Предполагается, что наше Солнце расположено в промежутке между относительно коротким спиральным рукавом, который называется рукавом Ориона, и более длинным внешним рукавом Персея. Тем не менее, точные размеры рукавов, а, следовательно, и размеры Галактики, до последнего времени были неизвестны. Д-р Марк Рейд (Mark Reid) из Гарвард-Смитсонианского астрофизического центра вместе с коллегами применил самый прямой метод измерения - метод триангуляции, базой которого является орбита Земли. В течение года ученые вели наблюдения за областью активного звездообразования W3OH, расположенной в рукаве Персея, с помощью системы радиотелескопов Very Large Baseline Array. Хотя VLBA имеет очень высокое разрешение, наблюдаемые объекты должны быть яркими и ком пактными, поэтому и была выбрана область W3OH. Параллакс определялся по смещению наблюдаемого объекта относительно трех удаленных квазаров. Методика непосредственного измерения расстояния позволила на порядок поднять точность измерений и завершить давнишний спор между различными методиками косвенного определения астрономических расстояний, результаты которых отличались примерно в два раза. Расстояние до объекта W3OH оказалось равным 6360 световых лет. Результаты измерений опубликованы в журнале Science. 'Новая величина точнее предыдущих оценок, поскольку не основывается на предположениях относительно яркости звезд или скорости вращения Галактики', - говорит радиоастроном д-р Филип Даймонд (Philip Diamond) из Манчестерского университета Великобритании. Ученые также обнаружили, что по сравнению с большинством звезд W3OH вращается вокруг Галактики медленнее - возможно, потому, что действует притяжение вещества рукава Персея. Это может говорить о том, что ветви Галактики плотнее, чем окружающая среда, как и предсказывается так называемой моделью волн плотности (Spiral Density Wave theory). 'Точность измерений вселяет надежду на то, что достоверная модель спиральной структуры Млечного пути скоро будет создана', - комментирует астрофизик д-р Бенуа Фамей (Benoit Famaey) из Свободного университета Брюсселя (Universite Libre de Bruxelles).

15 "Туманность Андромеды Галактика Андромеды - это ближайшая к нашему Млечному Пути большая галактика. Считается, что наша Галактика очень похожа на Андромеду. Эти две галактики доминируют в Местной Группе галактик. Диффузный свет Андромеды обусловлен свечением сотен миллиардов звезд, из которых она состоит. Несколько отдельных звезд, которые окружают изображение галактики Андромеды - это звезды нашей Галактики, которые находятся значительно ближе. Галактику Андромеды часто обозначают как M31, так как это 31-й объект в списке диффузных небесных объектов, составленном Мессье. M31 находится так далеко, что свет от нее идет до нас около двух миллионов лет. Хотя ее можно увидеть и невооруженным глазом, это изображение M31 - цифровой монтаж из 20-ти отдельных кадров, полученных с помощью маленького телескопа. Центр туманности Андромеды представляет из себя красивую и загадочную область. M31 находится настолько близко к нашей Галактике, что дает уникальную возможность как следует разглядеть нашу ближайшую соседку и заглянуть в ее ядро. Вокруг роятся миллиарды звезд. На рисунке хорошо видны состоящие из пыли темные области на фоне ядра M31 (размер ядра световых лет). Яркие звезды - звезды фона, они относятся к Млечному Пути. Ядро галактики M31 дважды необычно, как считают ученые последнее время. В 1991 году планетная камера космического телескопа им. Хаббла сфотографировала галактику Андромеды (M31). Оказалось, что ядро M31 имеет двойную структуру. На этой фотографии два ядерных пятна находятся очень близко друг к другу. Диаметр M31 составляет 150 тысяч световых лет, а данная фотография охватывает только центральную часть размером 30 световых лет. Последующие наземные наблюдения показали, что ядро действительно двойное, две его части обращаются одна вокруг другой и, кроме того, одна часть медленно разрушается вследствие действия приливных сил. Также велись рассуждения, что одно из этих ядер является остатком небольшой галактики, поглощенной M31. Ядра многих галактик, включая M31, являются очень активными областями, что объясняется наличием массивных черных дыр в них

16 1. Основні характеристики галактик. В. Гершель у XVIII ст. відкрив і вніс до каталогів тисячі туманних плям (туманностей), що спостерігаються на небі. У багатьох з них згодом було виявлено спіральну структуру.Американський астроном Е. Хаббл ( ) зробив фотографії туманності в сузір'ї Андромеди, на яких було видно, що ця туманна пляма складається з безлічі зір (мал. 93). Він виявив серед них розсіяні й кульові скупчення, нові зорі й цефеїди. Визначивши періоди змінності й видиму зоряну величину цефеїд, Хаббл дійшов висновку, що вони знаходяться дуже далеко за межами нашої Галактики.Знаючи відстань до туманності та її кутові розміри, легко обчислити її діаметр у лінійних одиницях (див. § 12.4, мал. 34).Виявилось, що спіральна туманність у сузір'ї Андромеди величезна зоряна система, приблизно така сама, як і наша Галактика. Ми знаємо тепер, що відстань до неї 2 млн. світлових років. У ній є газопилові туманності, як і в нашій Галактиці. Оскільки галактику в сузір'ї Андромеди ми бачимо під великим кутом до її осі, то вона має довгасту форму. Галактика в су­зір'ї Трикутника також спіральна, вона менше нахилена до променя і тому має інший вигляд (мал. 94)Астрономи знайшли величезну кількість гігантських зоряних систем за межами нашої Галактики, дали їм загальну назву галактик1 на відміну від нашої Галактики.Хаббл з'ясував, що в спектрах галактик, відстані до яких були оцінені за видимою Яскравістю їхніх найяскравіших зір, лінії зміщені до червоного кінця спектра. Це червоне зміщення зростає пропорційно відстані до галактики (мал. 95). За ефек­том Доплера (див. § 14.3) червоне зміщення означає віддалення джерела від спостерігача. Швидкість віддалення пропорційна зміщенню і, отже, відстані. Спостережувана пропорційність між відстанню О до галактик і швидкістю V називається законом X а б б л а:u = HD

17 Коефіцієнт пропорційності Я називають сталою X а б б л а Доведено, що величина сталої Хаббла' Н становить приблизно 100, тобто на кожний мільйон парсеків швидкість від-с Мпк далення зростає на 100 км/с. Тому відстань до далекої галактики можна визначити за величиною червоного зміщення ліній у її спектрі: D=u/h де u швидкість, визначена за червоним зміщенням. Якщо, наприклад, зсув лінії спектра відповідає км/с, то до галактики 100 Мпк. Цей спосіб використовують тоді, коли в дале­ких галактиках цефеїд або навіть яскравих надгігантів не видно.

18 1 Значення цієї величини ще уточнюється. За своїм зовнішнім виглядом галактики поділяють на с п і-альні, неправильні й еліптичні. Більшість спосте­режуваних галактик спіральні. Наша Галактика й галактика сузір'ї Андромеди належать до спіральних галактик дужі-Великого розміру. Усі спіральні галактики обертаються з періодами Кілька сотень мільйонів років. Маси їх становлять мас Сонця. 95. Червоне зміщення у спектрах галактик зростає із збільшенням від-тані до них (на фотографії спектра найпомітніші дві головні лінії вбирання онізованого кальцію). Ширина спектра залежить від видимого розміру і яскра--чггі галактики. Яскраві лінії спектр земного джерела світла

19 Вітки спіральних галактик, як і в нашої Галактики, скла­даються з гарячих зір, цефеїд, надгігантів, розсіяних зоряних скупчень і газових, туманностей. Галактики випромінюють радіо­хвилі. Радіовипромінювання йде від нейтрального водню на дов­жині хвилі 21 см, а такбж від іонізованого гарячого водню в світлих туманностях. Нейтрального водню в галактиках до 10 % їхньої маси. Є в них і пил. Його особливо добре помітно в тих галактиках, які повернуті до нас ребром, тому схожі на веретено або сочевицю (мал. 96). Вздовж екваторіальної площини в них проходить темна смуга скупчення пилових, туманностей. Під.час експедиції Магеллана в XVI ст. дві великі зоряні хмари, які спостерігали в південній півкулі неба, назвали Великою і Малою Магеллановими Хмарами (мал. 97). Ці галактики через їхній безформний вигляд відносять до типу неправильних. Вони є супутниками нашої Галактики. Відстань до них близько світлових років, їхній зоряний склад такий самий, як і віток спіральних галактик, а ядра не­має. Неправильні галактики (мал. 98, а) значно менші від спіральних і зустрічаються рідко

20 Еліптичні галактики спостері­гаються часто. За виглядом вони схожі на кульові зоряні скупчен­ня (мал. 98, б), але значно біль­ші за них розмірами. Вони обер­ таються дуже повільно й тому мало сплющені на відміну від спіральних галактик, які швидко обертаються (мал. 98, в). Еліп­тичні галактики не мають ні зір-надгігантів, ні темних або світ­лих дифузних туманностей. Світності галактик різноманітні. У гігантських галактик абсолютна зоряна величина близько 21. Іс­нують в тисячі разів слабші галак-тики-карлики з абсолютною зоря­ною величиною близько 13. Академік В. А. Амбарцумян першим показав, що в централь­них областях багатьох спіральних і еліптичних галактик їхніх яд­рах відбуваються вибухоподіб­ні явища, які супроводяться ви­діленням дуже великої кількості енергії. Потужне рентгенівське випро­мінювання деяких галактичних ядер е важливим свідченням їх­ньої високої активності. В. А. Ам­барцумян висунув також припу­ щення, що галактики утворилися з якоїсь надгустої «дозоряно'ї ре­човини». На його думку, вона здатна самовільно дробитися й утворює галактики, їхні ядра дро­билися, породжуючи асоціації «дозоряних тіл», а ті, дроблячись, породжують і зорі, і дифузну мате­рію. Галактики з активними яд­рами, з якими пов'язане потужне радіовипромінювання і з яких ви­кидаються великі маси газу, в рам­ках цього припущення вважають молодими.

21 Більшість учених додержують докладніше розробленої гіпо­тези про те, що зорі й галактики виникали з воднево-геліевого середовища внаслідок його розпаду на окремі хмари. Потім ці хмари стискалися під дією тяжіння. Процес утворення зір у кульо­вих скупченнях та еліптичних галактиках давно закінчився, їхні зорі найстаріші. В спіральних і неправильних галактиках зоре-утворення триває. Приклад розв'язування задачі Задача. У галактиці з червоним зміщенням ліній у спектрі 2000 км/с спалахнула наднова зоря, її яскравість у максимумі відповідала 18-й видимій зоряній величині. Які її абсолютна зоряна величина і світність?

22 2. Радіогалактики і квазари. Деякі галактики виділяються серед інших особливо потужним синхротронним радіовипроміню­ванням, що виникає при взаємодії дуже швидких електронів з магнітним полем, їх назвали радіогалактиками. Найчастіше в них два осередки радіовипромінювання, розміщені по обидва боки від галактики. Вони виникли в результаті активності ядер галактик, які викидають у протилежні боки швидкі потоки ре­човини. На місці деяких радіоджерел на небі виявили об'єкти, що не відрізняються на фотографіях від дуже слабких зір. Як показали особливості випромінювання цих об'єктів, вони не можуть бути зорями. У їхньому спектрі є яскраві лінії із значним червоним зміщенням. У деяких випадках це лінії, що звичайно спосте­рігаються в ультрафіолетовій ділянці спектра і зміщені в його видиму частину. Червоне зміщення їх настільки велике, що йому відповідають відстані в мільярди світлових років. Зазначені об'єкти, названі квазізоряними (зореподібними) джерела­ми радіовипромінювання або квазарами, є найдальшими небесними тілами, відстані до яких удалося визначити. Найяскра­віший з квазарів має вигляд зорі 13-ї зоряної величини, але за світністю деякі квазари в сотні разів яскравіші від гігантських галактик. Залишається незрозумілим походження колосальних потоків енергії, випромінюваної ними у вигляді світла та у вигляді радіохвиль. Спостереження показують, що за своєю природою квазари схожі на активні ядра галактик і, мабуть, є ядрами дуже далеких зоряних систем.

23 КВАЗАРИ Кваза́ри (англ. quasars, скор. від англ. quasi-stellar radio source квазізоряне радіоджерело) позагалактичні об'єкти, які мають зореподібні зображення і сильні емісійні лінії з великим червоним зміщенням у спектрі.англ. червоним зміщеннямспектрі Квазари виявлені в 1963 як джерела радіовипромінювання. Згодом було виявлено квазаги, які за оптичними характеристиками не відрізняються від квазарів, проте не мають радіовипромінювання. Сьогодні обидва типи об'єктів називають квазарами: перші радіоголосними (або радіоактивними), а другі радіотихими (або радіоспокійними). Радіоголосні квазари становлять декілька відсотків від загальної кількості квазарів.1963радіовипромінюванняквазаги У спектрах багатьох квазарів, крім емісійних ліній, є одна або декілька систем ліній поглинання, червоні зміщення яких менші, ніж в емісійних ліній. Ці лінії поглинання формуються на шляху між квазарами і спостерігачем. Квазари мають найвищі світності серед усіх об'єктів Всесвіту, наприклад, потужність випромінювання квазарів S в оптичному діапазоні перевищує 5·1014L. Висока світність квазарів дає змогу спостерігати їх на дуже великих відстанях. Виявлено квазари з червоним зміщенням z>4.світностіВсесвіту Квазари виявляють змінність у широкому діапазоні тривалостей циклів від кількох днів до кількох років. Амплітуда змінності в фільтрі В звичайно m, хоча у деяких квазарів вона не перевищує 0.lm. Проте є група оптично змінних квазарів, зміни блиску яких досягають 6.0m. Оптично змінні квазари часто об'єднують з лацертидами в один клас блазари. Квазари належать до галактик з активними ядрами. Більшість з них пов'язані з галактиками спіральними. За природою квазари, напевне, близькі до галактик сепфертівських, до яких вони примикають з боку високих світностей.днівроківблискулацертидами блазаригалактик галактиками спіральнимигалактик сепфертівських На початку ХХІ ст. встановлено, що квазари - це галактики, які мають в центрі надмасивні чорні дірки. чорні дірки

24 Спектри квазарів мають значні червоні зміщення, що є результатом розширення Всесвіту. Із закону Хаббла слідує, що квазари розташовані від нас на дуже великих відстаннях, і, як наслідок, ми їх бачимо у далекому минулому. Найяскравіші квазари випромінюють енергію більшу ніж один трильйон (1012) сонць. Таке випромінювання розподілено у спектрі майже рівномірно - від рентгенівського проміння до далекого інфрачервоного з піком в ультрофіолеті або оптичному діапазоні. Деякі квазари також є потужними джерелами гамма-променів та радіовипромінювання. В ранніх оптичних зображеннях квазари були схожі на точкові джерела світла, вони не відрізнялися від зірок, за винятком їх особливих спектрів. Завдяки інфрачервоним телескопам і космічному телескопу ім. Хаббла для деяких квазарів було встановлено, що вони знаходяться в середині галактик. Ці галактики є дуже тьмяними через значну до них відстань, і їх надзвичайно важко помітити біля сліпучого блиску квазара. Більшість квазарів не можливо побачити в малі телескопи, але 3C 273, з середньою видимою величиною 12.9 є виключенням. На відстані 2.44 мільярди світлових років він є одиним з самих найвіддаленіших об'єктів, який помітно з любительського телескопа. Для деяких квазарів властива швидка зміна яскравості в оптичному, і ще швидша в рентгенівському діапазонах. Це свідчить про малі розміри квазарів (порядку розміру Сонячної Системи або менші), тому що об'єкт не може змінюватися протягом часу, за який світло подорожує від одного його кінця до іншого. Найбільше відоме червоне зміщення квазара (відкрите у грудні 2007 року[модифікація]) складає 6.43, що відповідає відстані приблизно 13.7 мільярда світлових років. Квазари ймовірно є результатом акреції речовини на надмасивну чорну діру в ядрах далеких галактик, і належать до об'єктів що носять назву активні галактики. Велика центральна маса (106 до 109 мас Сонця) була виміряна в квазарах використовуючи 'reverberation mapping'. Декілька десятків сусідніх галактик, які не є квазарами, містять у своїх ядрах поодинокі надмасивні чорні діри. Логічно припустити, що надмасивні чорні діри є у всіх масивних галактиках, однак лише невелика їх кількість поглинає великі об'єми речовини і, як наслідок, є квазарами

25 Історія спостереження квазара Перші квазари були відкриті на радіо телескопах в 1950-х роках. Більшість з них були записані як радіо джерела які не відповідали ні яким видимим об'єктам. Використовуючи малі телескопи і телескоп Lovell як інтерферометр, було показано що вони мають дуже малі кутові розміри. Сотні цих об'єктів були записані до 1960 року і опублікувані в Третьому Кембріджському Каталозі, оскільки астрономи сканували небо в пошуку оптичних відповідників. В 1960 році радіоджерело 3C48 було утотожнене з оптичним об'єктом. Астрономи знайшли слабку голубу зірку в розташуванні радіоджерела і отримали її спектр. Містячи велику кількість невідомих широких емісійних ліній аномальний спектр не піддавався тлумаченню - припущення Джона Болтона про велике червоне зміщення не було загальноприйнятим. В 1962 році ознаменувався значним досягненням. Було передбачено, що радіоджерело 3C273 зазнаватиме затінення місяцем п'ять раз. Вимірювання здійснені Кирилом Хазардом і Джоном Болтоном протягом одного затінення з радіотелескопа ім. Паркеса, дозволило Мартіну Шмідту оптично ідентифікувати об'єкт і отримати оптичний спектр використовуючи 200-дюймовий телескоп Хейла на горі Паламар. Цей спектр виявив ті ж незнайомі лінії емісії. Шмідт усвідомив, що це фактично водневі спектральні лінії зміщені в червону сторону спектра на 15.8 відсотків. Це відкриття показало, що 3C273 віддаляється з швидкістю 47,000 км/с, що привело до революційних змін у спостереженнях квазарів, дозволивши іншим астрономам знайти червоне зміщення ліній емісії для інших радіоджерел. Як і передбачав Болтон, 3C48 має червоне зміщення що відповідає швидкості його руху 37% від швидкості світла. Термін квазар був запропонований американським астрофізиком китайського походження Хонг-Йї Чіу в 1964 році в журналі Фізика сьогодні як альтернативу до довгої назви квазізоряні радіоджерела. Протягом 1960 року велася дискусія на тему: чи є квазари близькими або віддаленими об'єктами, маючи на увазі їх червоне зміщення. Було запропоновано, наприклад, що червоне зміщення квазарів не є свідченням розширення простору, а є спричиненим великим гравітаційним потенціалом цих джерел. Проте зірка із необхідною масою, щоб сформувати таке джерело, повинна бути нестійкою і перевищуватиме границю Хаячі. Квазари також показують незвичайні спектральні емісійні лінії, які спостерігаються в горячих газових туманностях низької густини, які є надто розсіяними щоб пояснити спостережувану потужність і червоне зміщення – газ має перебувати у малих межах глибокого гравітаційного потенціалу джерела. Однак космологічне пояснення зміщення спектрів квазарів як наслідок розширення Всесвіту також наштовхнулось на труднощі. Одним із вагомих аргументів проти цієї ідеї було те, що квазари у цьому випадку мають випромінювати надто великі енергії, щоб їх можливо було пояснити за допомогою відомих науці фізичних процесів, включаючи ядерний синтез

26 . Була запропонована теорія, що квазари утворилися з досі невідомої форми стабільної антиречовини, і це може пояснити їх яскравість. Існує і інша теорія, що квазари є білими дірами - кінцями поглинаючих чорних дір. Коли було успішно змодельовано виділення необхідної енергії акреційним диском чорної діри в 1970 роках, аргумент про космологічні відстані до квазарів сприймаються майже всіма дослідниками. В 1979 році спостереженням зображення подвійного квазара був підтверджений ефект гравітаційного лінзування, передбачений Ейнштейном в загальній теорії відносності. В 1980 році були запропоновані фізичні моделі, згідно з якими квазари класифікувались як окремий тип активних галактик, і у більшості найпростіших випадків їх розглядали як різновид інших типів активних галактик - блазарів і радіогалактик. Величезна яскравість світла квазарів походить від акреційного диску центральних супермасивних чорних дір, які можуть випромінювати енергію рівну 10% від маси газу що колапсує, тоді як ядерні реакції синтезу ядер гелію із протонів виділяють енергію рівну усього 0.7% від маси палива. Цей механізм також пояснює, чому квазари були більш поширенні в ранньому Всесвіті, оскільки випромінювання енергії припиняється, коли супермасивна чорна діра поглинає весь газ і пил біля себе. Можливо, що більшість галактик, включаючи наш власний Чумацький Шлях, пройшли через активну стадію (поява таких як квазари або деяких інших класів активних галактик в залежності від маси чорної діри) і зараз неактивні, тому що вони не мають більше речовини, щоб годувати свої центральні чорні діри, і, таким чином, генерувати випромінювання.

27 Властивості квазарів Більш ніж квазарів відомі завдяки Слоанівського огляду неба (Sloan Digital Sky Survey). Всі спостережувані спектри квазара мають червоне зміщення між 0.06 і 6.5. Застосування закону Хаббла до цих червоних зміщень показало, що вони існували між 780 мільйонами і 28(?) мільярдами світлових роки тому назад. Через великі дистанції до найвіддаленішіх квазарів і обмежену швидкість світла, ми бачимо їх у дуже ранньому Всесвіті. Більшість відомих квазарів є віддаленими від нас більш ніж на три мільярди світлових роки. Хоча квазари є слабкими обєктами, якщо спостерігати з Землі, але той факт, що вони знаходячись так далеко є видимими означає, що вони найсвітліші об'єкти у відомому Всесвіті. Найяскравішим квазаром в небі є 3C273 в сузір'ї Virgo. Він має середню видиму величину 12.8 (достатньо яскравий якщо дивитись через малий телескоп) і має абсолютну величину З дистанції 33 світлові роки цей об'єкт повинен сяяти в небі так само яскраво як наше Сонце. В квазарах яскравість світла таким чином близько в 2 трильйони (2х1012) рази більша ніж в нашого Сонця і близько в 100 разів більша ніж загальне світло середніх гігантських галактик подібних нашому Чумацькому Шляху. Гіперяскравий квазар APM був відкритий в 1998 році, його абсолютна величина , хоча зображення високої роздільної здатності телескопу Хаббл та 10-метрових телескопів Кек показали, що ця система є гравітаційно лінзована. Вивчення гравітаційного лінзування цієї системи дає оцінку збільшення світності квазара за рахунок лінзування на порядок (~10). Цей квазар все ж є яскравішим ніж сусідні квазари, як наприклад 3C 273. Квазари були набагато більш поширені в ранньому Всесвіті. Це відкриття Мартіна Шмідта в 1967 році свідчить проти стаціонарної космології Фреда Хойла на користь моделі Великого Вибуху. Квазари показують де масивні чорні діри швидко зростають (через акрецію речовини). Маси чорних дір зростають рівномірно з ростом маси зір у галактиках, що досі не пояснено. Одна із ідей полягає у тому, що струмені випромінювання і вітри від квазарів заважають утворенню нових зір у галактиці, цей процес називається «зворотній зв'язок». Струмені, що продукують сильну радіо емісію у деяких квазарах в центрах скупчень галактик, як відомо, мають достатню потужність щоб зберегти гарячий газ в цих скупченнях від охолоджування і падіння на центральну галактику. Було відкрито, що квазари змінюють свою яскравість з часом. Деякі зміни в яскравості відбуваються протягом декілька місяців, тижнів, днів, або годин. Це означає, що квазари генерують і випускають свою енергію від дуже малого регіону, оскільки кожна частина квазара повинна знаходитися в контакті з іншими частинами на таких проміжках часу, щоб координувати варіаційну яскравість світла. Так як, квазар змінює яскравість на масштабі часу декілька тижнів, його розміри не можуть бути більшими ніж декілька світлових тижнів.

28 Випромінювання квазара Оскільки властивості квазарів є близькими до властивостей всіх активних галактик, то їх випромінювання можна порівняти з малими активними галактиками в яких є супермасивні чорні діри. Щоб створити яскравість світла 1040 Вт, або Джоулів за секунду, (типова яскравість квазара), супермасивній чорній дірі потрібно поглинати матерію із швидкістю 10 зірок за рік. Найяскравіші відомі квазари поглинають матерію об'ємом 1000 сонячних мас щороку. Найбільше споживання речовини за оцінками сягає до 600 мас Землі за годину. Квазари вмикаються і вимикаються в залежності від свого оточення - чорні діри поглинають навколишній газ і пил за відносно короткий проміжок часу значно менший за вік Всесвіту, після завершення акреції речовини на чорну діру квазар стає звичайною галактикою. Квазари дають інформацію про ранній період Всесвіту – кінець реіонізації. Спектри найвіддаленіших квазарів (червоне зміщення 6) містять абсорбційні лінії, які свідчать про те, що середовище у ці часи було заповнене нейтральним газом. Ближчі до нас квазари не показують ніяких абсорбційних регіонів, але їх спектри містять лінійчасту область, відому як Лайман-Альфа Ліс. Це свідчить про те, що міжгалактичне середовище зазнає повторної іонізації, і що нейтральний газ існує тільки в малих хмарах. Інша цікава особливість квазарів полягає у тому, що вони містять елементи важчі від гелію, вказуючи на те, що галактики перейшли в масивну фазу зореутворення (створення зір третього покоління) в проміжку часу між Великим Вибухом і першими спостережуваними квазарами. Світло від цих зір спостерігалися в 2005 році на Spitzer Space Telescope NASA, хоча ці спостереження ще потребують підтвердження.

29 Відстань до квазарів У міру накопичення даних наглядів більшість астрономів прийшла до висновку, що квазари далі від нас, ніж будь-які інші об'єкти, доступні наглядам. Але невелика частина астрономів затверджувала, що найпереконливіші дані наглядів говорять про просторову близькість квазарів і не дуже далеких галактик.

30 Червоний зсув Більшість квазарів інтенсивно випромінює радіохвилі. Коли астрономи точно визначили положення цих радіоджерел на фотографіях, одержаних у видимому світлі, вони знайшли зіркоподібні об'єкти. Щоб встановити природу дивних небесних тіл, сфотографували їх спектр. І побачили зовсім несподіване! Ці зірки мали спектр, різко відмінний від всіх інших зірок. Спектри були абсолютно незнайомими. У більшості квазарів вони не містили не тільки добре відомих і характерних для звичайних зірок ліній водню, в них взагалі з першого погляду не можна було знайти жодній лінії навіть якого-небудь іншого хімічного елемента. Працюючий в США молодий голландський астрофізик М.Шмідт з'ясував, що лінії в спектрах дивних джерел невпізнанні лише тому, що вони сильно зміщені в червону область спектру, а насправді це лінії добре відомих хімічних елементів (раніше всього водню). Причина зсуву спектральних ліній квазарів була предметом великих наукових дискусій, у результаті яких пригнічуюче більшість астрофізиків прийшли до висновку, що червоний зсув спектральних ліній пов'язаний із загальним розширенням Метагалактики. В спектрі об'єктів 3С273 і 3С48 червоний зсув досягає небувалої величини. Зсув ліній до червоного кінця спектру може бути ознакою видалення джерела від спостерігача. Чим швидше віддаляється джерело світла, тим більше червоний зсув в його спектрі. Характерний, що в спектрі практично всіх галактик (а для далеких галактик це правило не має жодного виключення) лінії в спектрі завжди зміщені до його червоного кінця. Червоний зсув пропорційний відстані до галактики.

31 Швидкість видалення найдальших з відомих до цих галактик червоний зсув вельми великий. Відповідні йому швидкості видалення вимірюються десятками тисяч кілометрів в секунду. Але у об'єкту 3С48 червоний зсув перевершив всі рекорди. Вийшло, що він несеться від Землі з швидкістю тільки приблизно удвічі менше швидкості світла! Якщо вважати, що цей об'єкт підкоряється загальному закону червоного зсуву, легко обчислити, що відстань від Землі до об'єкту 3С48 рівна 3,78 млрд. світлових років! Наприклад, за 8 1/3 хвилин промінь світла долетить до Сонця, за 4 роки - до найближчої зірки. А тут майже 4 млрд.рок безперервні надстрімкі польоти - час, порівнянний з тривалістю життя нашої планети. Для об'єкту 3С196 відстань, також знайдена по червоному зсуву, вийшла рівною 12 млрд. світлових років, тобто ми уловили промінь світла, яке було послане до нас ще тоді, коли ні Землі, ні Сонця не існувало! Об'єкт 3С196 дуже швидкий - його швидкість видалення по променю зору досягає 200 тисяч кілометрів в секунду

32 Вік квазарів За сучасними оцінками, віки квазарів вимірюються мільярдами років. За цей час кожний квазар випромінює величезну енергію. Нам невідомі процеси, які могли б служити причиною такого енерговиділення. Якщо припустити, що перед нами надзірка, в якій згоряє водень, то її маса повинна в мільярд раз перевищувати масу Сонця. Тим часом сучасна теоретична астрофізика доводить, що при масі більш ніж в 100 разів перевищуючої сонячну, зірка неминуче втрачає стійкість і розпадається на ряд фрагментів. З відомих нині квазарів, загальне число яких більше , найближчий видалений на світлових років, найдальший - на 15 млрд. світлових років. Квазари, мабуть, найстаріші з об'єктів, спостережуваних нами, оскільки з відстані в мільярди світлових років звичайні галактики не видні ні в один телескоп. Проте це живе минуле поки що вчинено незрозуміло нам. Природа квазарів дотепер повністю не з'ясована.

33 Надзвичайна світимість Підкоряючись тому ж закону космологічного видалення, що і галактики, джерела 3С273 і 3С48 самі по собі сильно відрізняються від звичайних галактик, подібних нашій Галактиці. Перш за все вражає їх надзвичайна світимість, в сотні раз перевищуюча світимість нашої Галактики. Здавалося б, об'єкти, такі далекі від Землі, повинні бути доступними лише спостерігачу, озброєному наймогутнішими сучасними телескопами. Насправді, наприклад, об'єкт 3С273 можна знайти в сузір'ї Волосся вероніки як зірочку 12,6 зоряної величини. Такі зірки доступні навіть любительським телескопам. Таємним є і той факт, що за своїми розмірами квазари явно менше галактик: адже вони виглядають як точкові джерела світла, тоді як навіть найдальші галактики схожі на розмиті плями, що світяться.

34 Джерело енергії Якими ж жахливими по потужності випромінювання повинні бути ці джерела світла, якщо з відстані в мільярди світлових років вони здаються такими яскравими! Найважче питання, пов'язане з квазарами, - це пояснення гігантського виділення енергії. Якщо квазари і справді знаходяться на космологічно великих відстанях від нас (тобто червоний зсув дійсно пов'язаний з розширенням Всесвіту), то потрібно пояснити, як виникає ця найсильніша світимість. Залишається загадкою, яке ж джерело енергії підтримує свічення квазара. Ясне одне, що який би не було це джерело, зосереджений він у відносно невеликій області простору, тобто достатньо компактний. А це саме по собі вже говорить про те, що механізм виділення енергії в квазарі вельми незвичайний. Багато астрофізиків вважають, що квазари пов'язані з ядрами галактик, що знаходяться на певному ступені еволюції. Наприклад, ядро галактики М87 набагато яскравіше за її зовнішні частини. Але є галактики і інших типів, так звані сейфертовськи галактики, у яких контраст яскравого ядра з рештою слабосвітної частини виражений ще більш різко. Можливо, квазари - наступний ступінь цієї послідовності. Якщо вони розташовані дуже далеко, то ми бачимо тільки їх яскраве ядро, слабка ж оболонка (якщо вона взагалі є) просто зовсім не видна. Висловлюється також припущення, що, як і в галактиці М87, виділення енергії в квазарах, можливо, пов'язано з наявністю надмасивних чорних дір. Починаючи з серединою 70-х років ідея про те, що гігантське виділення енергії в квазарах пояснюється чорними дірами, придбала велику популярність.

35 Процес виділення енергії теж пов'язують з роботою сил тяжіння, а радіовипромінювання квазара - це синхротронне випромінювання заряджених частинок в магнітному полі. Деякі астрономи вважають, що потоки енергії від квазарів значно нижче, оскільки відстані до них сильно перебільшені. Якщо квазари, скажімо, в 100 разів ближче до нас, ніж ми думаємо, то ми завищуємо в разів їх світимість при розрахунках потужності випромінювання по їх спостережуваній яскравості. Астрономи, які дотримуються цієї точки зору, виходять з того факту, що квазари часто видні на небі поряд з пекулярними (незвичайними) галактиками. Ці галактики, хоча і дещо незвичайні по своїй структурі, мають звичайні червоні зсуви, яким відповідають швидкості видалення, рівні декільком відсоткам від швидкості світла. А квазари, розташовані на небі поблизу від них, мають червоні зсуви в разів більше! Якщо квазари знаходяться по сусідству з досить близькими галактиками, ніж пояснити їх величезні червоні зсуви? Єдине розумне пояснення - ефект Доплера, але чому ми завжди спостерігаємо лише червоний зсув (видалення) і ніколи - фіолетове (наближення)? І як речовина могла бути викинуте (завжди в напрямі від нас!) з такими величезними швидкостями і зберегти при цьому форму єдиного об'єкту? Відповідь свідчить: це нікому невідомо. За 15 років не вдалося визначити ні відстані до квазарів, ні їх природу і джерела їх колосальної енергії. Можливо, загадка квазарів таїть в собі ключ до якоїсь нової області астрофізики, якісь нові можливості виникнення великих червоних зсувів в невідомих нам ситуаціях або нові способи генерації гігантських енергій, якщо квазари знаходяться дуже далеко. Сподіватимемося, що в подальші роки нам вдасться подолати ці труднощі в поясненні природи видалених областей Всесвіту, в яких розташовані квазізоряні об'єкти. А зараз ми можемо тільки сказати: мабуть, це природні, а не штучні астрономічні об'єкти, оскільки поки не зрозуміло, як цивілізація могла б зробити квазар.

36 Змінність і розмір Ще одна загадка квазарів полягає в тому, що деякі з них міняють свою яскравість з періодом в декілька діб, тижнів або років, тоді як звичайні галактики не знаходять таких варіацій. Московські астрономи А.С.Шаров і Ю.Н.Ефремов вирішили з'ясувати, як поводилися у минулому дивні зірки. Вони уважно проглянули 73 негативи, на яких з 1896 по 1963 р. був відображений об'єкт 3С273. Висновок, до якого прийшли радянські учені, можна вважати цілком достовірним. А він вражаючий. Виявилося, що 3С273 міняв свою яскравість! І не трохи, а дуже помітно - від 12,0 до 12,7 зоряних величин, тобто майже в два рази. Бували випадки (наприклад, в період з 1927 по 1929 р.), коли за нетривалий час потік випромінювання від 3С273 зростав в рази! Іноді за декілька діб об'єкт мінявся на 0,2 - 0,3 зоряної величини. При цьому зовні, оптично, не відбувалося ніяких інших істотних змін - дивна зірка незмінно здавалася зіркою, хоча і змінною. Подібне явище пізніше було знайдено і у об'єкту 3С48. Відомі тисячі змінних зірок, що з різних причин змінюються. Але серед звичайних галактик не було зареєстровано жодної змінної. Хоча багато хто з них містить тисячі і мільйони змінних зірок, коливання їх світимості відбуваються в різнобій і такі неістотні для галактики в цілому, що загальне випромінювання галактик завжди залишається практично незмінним. Жоден оптичний інструмент миру не може уловити хоча б щонайменші коливання світимості якої-небудь з галактик.

37 Залишаються три можливості. Перша з них безглузда: зірки галактики змінюються відразу і однаково, як по команді, в одному ритмі. З фізичної сторони таке пояснення настільки абсурдне, так суперечить всім нашим знанням про космос, що не заслуговує серйозного розгляду. Друга можливість - дивні об'єкти, схожі з галактиками по характеру червоного зсуву, мають фізичну природу, вчинено відмінну від галактик. Проте, більшість астрономів припускає, що квазари - активні ядра наддалеких галактик. Безперечно, що квазари - це не протяжні, розкидані на десятки тисяч світлових років зоряні системи, а якісь вельми компактні тіла невеликих порівняно розмірів і колосальної маси (мільярди сонячних мас). Відносно малі розміри можуть пояснити швидкість коливань світимості всього об'єкту в цілому, а величезна маса - єдино можлива причина виняткової яскравості, або, точніше за світимість небесного тіла. Чим масивніше зірка, тим яскравіше вона світить. Ця закономірність виходить як з наглядів, так і з теоретичних міркувань. Не тільки по масі, але і по потужності випромінювання квазари різко відрізняються від всіх відомих небесних тел. Навіть найновіші зірки бліднуть порівняно з ними. Найновіші зірки випромінюють світла в декілька мільярдів раз більше, ніж Сонце тільки у момент свого могутнього вибуху. Рядовий же квазар завжди в десятки тисяч раз випромінює більше

38 Інфрачервоне і рентгенівське випромінювання квазарів Останніми роками астрономам вдалося зареєструвати інфрачервоне і рентгенівське випромінювання квазарів; вони знайшли, що потужність випромінювання деяких об'єктів в цих областях спектру навіть більше, ніж у видимій області і радіодіапазоні. Якщо підсумувати енергії випромінювання у всіх областях спектру, то виявляється, що деякі квазари генерують в разів більше енергії в секунду, ніж гігантські галактики за умови, що наші оцінки відстаней до квазарів вірні. Розвиток рентгенівської астрономії допоміг встановити, що більшість квазарів виявилася могутніми рентгенівськими джерелами. Деякий натяк на це можна було помітити ще в результаті найперших рентгенівських наглядів квазара 3С273, а в останніх дослідженнях обсерваторії Ейнштейн (НЕАО-В) було знайдено вже більше 100 квазарів з сильним рентгенівським випромінюванням. Виходячи з цих наглядів, вважають, що на відміну від радіовипромінювання рентгенівське випромінювання - характерна властивість квазарів.

39 Кратні квазари Особливу увагу астрофізиків і фізиків привернули кратні (подвійні, потрійні) квазари: подвійний квазар в сузір'ї Великої Ведмедиці (1978), потрійний квазар в сузір'ї Льва (1980) і такий же квазар в сузір'ї Риб (1981). Кожний з об'єктів був квазарів-близнят, розташованих один від одного на відстані декількох кутових секунд, що мають дуже схожі спектри і червоні зсуви. Проте, ймовірно, перераховані квазари не є істинні кратні квазари, а лише зображення відповідного джерела. Розщеплювання одного зображення на декілька відбувається під дією гравітаційного поля масивної галактики, що виявилася на шляху між квазаром і нами. Проміння світла від квазарів може викривлятися під дією гравітації галактик, що грають роль джерел гравітаційного фокусування. Такі гравітаційні лінзи можуть спотворювати форми далеких галактик, що, на думку деяких учених, відкриває нові можливості дослідження великомасштабних неоднорідностей в розподілі речовини у Всесвіті. Не виключено, що ефект гравітаційної лінзи в деяких випадках створюють не далекі галактики, а масивні чорні діри. Індійські астрофізики Г. Падманабхан і С. Читре обернули увагу на випадки, коли видно подвоєне зображення квазара, а галактики, що викликала це явище, поблизу не знайдено. Ось і з'явилася гіпотеза про те, що ефект створюють практично точкові чорні діри з масою, в мільйон раз перевершуючої масу Сонця. Оскільки дотепер ніде жодна чорна діра не знайдена, то поки важко сказати, наскільки близька до істини така гіпотеза. Питання про те, чи існують в природі істинні подвійні квазари, залишається предметом досліджень і дискусій

40 Радіоструктура квазарів Радіоструктура квазарів багато в чому нагадує радіогалактики, так що звичайно по одній лише цій структурі відрізнити квазари неможливо. Так само, як і у радіогалактик, дуже часто спостерігаються подвійні радіоджерела, між якими знаходиться компактний, іноді змінний, радіоджерело, співпадаюче по своїх координатах із зіркоподібним оптичним об'єктом - квазаром. В дуже окремих випадках у найближчих квазарів біля зіркоподібного об'єкту спостерігаються дуже слабкі протяжні утворення. Від квазара 3С 273 виходить слабкий струмінь - викид протяжністю близько 20". На такій величезній відстані цим кутовим розмірам відповідає лінійна протяжність близько 100 тисяч світлових років. Цей струмінь, крім оптичного випромінювання, випромінює також радіохвилі, так що квазар 3С 273 можна розглядати як подвійне радіоджерело. Слід помітити, що аналогічні викиди спостерігаються також і у деяких радіогалактик. Особливо цікавий викид у однієї з найближчих до нас радіогалактик, про яке йтиметься далі. Важливим питанням є приналежність квазарів до скупчень галактик. Довгий час не можна було вирішити питання в позитивному значенні. Це і зрозуміло, адже квазари випромінюють в сотні раз інтенсивніше за "нормальні" галактики, тому останні, що знаходяться в тому ж скупченні, будуть дуже слабкі, щоб вивчатися спектроскопічно. Адже критерієм приналежності до одного скупчення є однаковий червоний зсув у галактик і квазарів. Тільки для небагатьох, порівняльно близьких квазарів, вдалося знайти скупчення галактик, в яких вони знаходяться. В даний час відома і занесена в каталоги понад тисячу квазарів, що і дозволяє виконати їх статистичний аналіз. Перш за все, вдалося побудувати "функцію світимості" квазарів, тобто їх розподіл по потужності випромінювання. З неї виходить, що відносна кількість квазарів убуває у міру зростання потужності їх випромінювання. Найважливішим результатом таких статистичних досліджень є висновок про те, що на більш ранніх етапах еволюції Вселеної, коли її розміри були в 3-5 разів менше нинішніх, квазарів було набагато більше, ніж зараз. В ту віддалену епоху квазарів було майже стільки ж, скільки і "нормальних" галактик. Не можна виключити гіпотезу, що тоді всі галактики були квазарами! Цей важливий висновок, проте, має потребу для свого підтвердження в нових наглядах.

41 Звертає на себе увагу та обставина, що кількість квазарів, починаючи із значенням червоного зсуву, що перевершує деяку межу (відповідний збільшенню довжини хвилі в 4,5 - 5 разів), різко падає. Звичайно, не можна виключити чисто інструментальну причину цього явища, проте цілком можливо, що квазари з великими червоними зсувами просто відсутні. Така відсутність природніше всього пояснити тим, що якраз в цю епоху розвитку Всесвіту утворювалися шляхом конденсації газу галактики. До цього (тобто при великому червоному зсуві) ні галактик, ні квазарів просто не було. Такий висновок, звичайно, мав би дуже велике значення для проблеми еволюції Вселеної, оскільки дозволив би уточнити епоху формування галактик, а отже, і зірок. Потрібні, проте, ще нові високоякісні нагляди, щоб його підтвердити. Вище ми вже говорили про змінність оптичного випромінювання квазарів. Як крайній прояв такої змінності слід згадати про "спалах" квазара 3С 279. В даний час він спостерігається як злегка змінна слабка зірочка 18-й величини. Проте на старих астрономічних фотографіях довоєнного часу (тобто задовго до відкриття квазарів) цей об'єкт виявився істотно більш яскравим - майже 13 величини! Це означає, що він був яскравіше, ніж тепер, в сотню раз! Знаючи по червоному зсуву відстань 3С 279, можна знайти, що під час "спалаху" його світимість була майже в сотню раз більше, ніж у 3С 273 і в десять тисяч раз більше, ніж у нашої Галактики! І при цьому розміри випромінюючої області нікчемно малі, менше світлового року. В даний час квазар 3С 279 вважається наймогутнішим "маяком" Всесвіту. Ми бачимо, що розкид значень світимостей об'єктів метагалактик надзвичайно вели майже такій же, як у зірок! Велике значення для розуміння природи квазарів мають дослідження змінності їх радіовипромінювання, особливо на сантиметровому діапазоні. При цьому було показано, що моменти максимуму потоку випромінювання повинні мінятися закономірним чином із зміною довжини хвилі. Так само повинен мінятися і сам характер радіоспектру (діаграма на 15 стор., де приведені результати наглядів спектрів квазарів в різні моменти часу). На підставі теорії синхротронного випромінювання можна по відомій частоті, відповідній максимуму радіовипромінювання, і величині максимального потоку визначити кутові розміри джерел радіовипромінювання, які виявляються порядку тисячних часток секунди дуги. Знаючи (по величині червоного зсуву) відстані до квазарів, можна тепер знайти лінійні розміри пов'язаних з ними компактних радіо-джерел. Встановлено, що їх розміри менше одного світлового року, у згоді з оцінками, одержаними на основі аналізу змінності потоку.

42 Дотепер ми говорили тільки про радіо і оптичному випромінюванні квазарів і радіогалактик. Тим часом, в останнє десятиріччя все більше значення придбаває дослідження рентгенівського випромінювання цих об'єктів метагалактик. Вперше рентгенівське випромінювання від позагалактичного об'єкту було знайдено ще в 1971 р. на першому спеціалізованому рентгенівському супутнику "Ухуру", що заклав основи сучасної рентгенівської астрономії. Цим об'єктом позначилася одна з найближчих радіогалактик NGC Іншим рентгенівським джерелом метагалактики виявилася яскрава сейфертовська галактика NGC Не підлягає сумніву, що випромінює активне ядро цієї галактики. Незабаром був знайдений слабкий потік рентгенівського випромінювання і від першого відкритого квазара 3С 273, а також від радіогалактики Либідь-А. Новий етап у вивченні позагалактичних рентгенівських джерел наступив в 1979 р., після запуску космічної лабораторії імені Ейнштейна. На цій обсерваторії чутливість приймальної рентгенівської апаратури була в 1000 разів вище, ніж на "Ухуру", при дуже хорошій кутовій роздільній здатності. В результаті виявилося можливим здійснити масове визначення рентгенівського випромінювання великої кількості квазарів, а також сейфертовських галактик. Крім того, був одержаний великий наглядовий матеріал по рентгенівському випромінюванню скупчень галактик, що представляє особливий інтерес.

43 В кожній галактиці квазар в центрі Квазари -- це яскраві джерела випромінювання в оптичній і інших частинах спектру. Звичайно вони знаходяться в центрі якої-небудь галактики. Серед астрофізиків поширена думка, що квазар є порівняно невеликим гарячим газовим диском, що оточує чорну діру, маса якої може складати 1011 мас Сонця. Недавно фахівці вважали, що радіогалактики влаштовані інакше, ніж квазарні. Проте, після того, як знайшли в центрі радіогалактики Лебідь А, розташованої в 750 млн. св. років від нас, крихітне джерело інфрачервоного випромінювання, співпадаюче з радіоджерелом, думка кардинально помінялася щодо пристрою всіх галактик. Інфрачервоне джерело схоже на квазар, але він дивно слабкий і невидимий в оптичній області. Відомо, що яскравість квазара в інфрачервоному промінні пропорційна його інтенсивності в рентгенівському діапазоні. Галактика Либідь А -- могутнє джерело рентгенівського випромінювання. Відповідний йому але інтенсивності квазар був би повинен був випромінювати в інфрачервоному діапазоні в 200 разів сильніше, ніж спостерігається. Такий квазар можна б було легко спостерігати в оптичному діапазоні. Надалі, учені прийшли до висновку, що в центрі радіогалактики Лебідь А розташований саме квазар, проте, він екранується тороїдальною хмарою газу і космічного пилу (бубликом). Встановлено, що інфрачервоне джерело в центрі Лебедя А лежить за щільною водневою хмарою. Очевидно, воно і є частина того ж бублика з діаметром близько 10 св. років, який був раніше знайдений. Із Землі бублик видний з торця, тому випромінювання, що йде до нас з центру галактики, повинне пройти крізь досить щільне скупчення матерії. Згідно наглядам астрономів, скупчення пропускає не більше 1/200 всього інфрачервоного випромінювання, поступаючого з об'єкту, що знаходиться усередині нього. Якби не ця обставина, квазар, що лежить в центрі Лебедя А, виглядав би в 10 разів яскравіше, ніж навколишня його галактика. Цей квазар -- рядовий серед подібних об'єктів, але він, мабуть, найближчий до нас. Наступний за ним по відстані квазар ЗС 273 володіє в 30 разів більшою світимістю. Відкриття підтверджує те, що було дотепер чисто теоретичним твердження, згідно якому всі активні галактики влаштовані в основному однаково, але при нагляді із Землі вони можуть виглядати різно -- залежно від своєї орієнтації щодо нас.

44 Будова галактики

45

46