11.3 Struktura Galaktiki

Lekciya 11. Struktura Galaktiki i tipy naselenii

11.3 Struktura Galaktiki

Struktura nashei Galaktiki issleduetsya s pomosh'yu zvezdnyh podschetov i postroeniya modelei raspredeleniya mass v Galaktike, prichem parametry etih modelei utochnyayutsya s pomosh'yu teh zhe zvezdnyh podschetov, a takzhe kinematicheskih issledovanii. Privlekayutsya i dannye o drugih galaktikah, blizkih po strukture k nashei.

Analiz tablicy 11-2 pokazyvaet, chto zvezdy sil'no koncentriruyutsya k ploskosti Galaktiki. Eto oznachaet, chto bol'shinstvo vidimyh nami zvezd obrazuet podsistemu, skoncentrirovannuyu k galakticheskoi ploskosti. Odnako na primere sharovyh skoplenii my znaem, chto chast' zvezd i zvezdnyh sistem obrazuet mnogokomponentnuyu sferoidal'nuyu podsistemu s malym szhatiem.

Nasha i drugie galaktiki yavlyayutsya dovol'no razrezhennymi zvezdnymi sistemami. Tak, soglasno dannym kataloga blizhaishih zvezd Glize (1991), v radiuse 5 pk ot Solnca soderzhitsya okolo 60 zvezd, a v radiuse 25 pk - 3800 zvezd. Srednee rasstoyanie mezhdu zvezdami v okrestnostyah Solnca okolo 2 pk. Vot kak vyglyadit vertikal'naya struktura Galaktiki na solnechnom galaktocentricheskom rasstoyanii, poluchennaya po nablyudeniyam zvezd v napravlenii severnogo i yuzhnogo galakticheskih polyusov. Tak, po rezul'tatam raboty Bartaya (1979) A-V-zvezdy III - V klassov svetimosti obrazuyut tonkii sloi, tak chto ih chislennost' v e raz padaet uzhe pri z ≈ 200 pk. Zvezdy FIII - FV i giganty klassov G i K prostirayutsya pri malom gradiente plotnosti do z ≈ 400pk. Eti velichiny mozhno schitat' ocenkami parametra polutolshiny (ili shkaly vysoty - z₀) v predstavlenii raspredeleniya zvezdnoi plotnosti barometricheskoi formuloi: D = D₀ exp(-|z| / |z₀|). V itoge, my imeem dva harakternyh masshtaba tolshiny Galaktiki: 400 pk i 800 pk . Takie zhe rezul'taty poluchil Eggen. Nedavno na osnove obshirnyh zvezdnyh podschetov franko-indiiskaya gruppa issledovatelei (Mohan, Kreze i dr.) utochnili oba etih harakternyh masshtaba, kotorye poluchilis' ravnymi 260 ± 50 pk i 760 ± 50 pk. S drugoi storony, Sevenster po zvezdam asimptoticheskoi vetvi gigantov poluchil ocenki polutolshiny Galaktiki 100 pk dlya molodyh zvezd (s vozrastami menee 10⁹ let) i 500 pk dlya staryh (t >5 • 10⁹ let). Eti dve otlichayushiesya velichiny harakterizuyut shkaly vysot podsistem tonkogo i tolstogo diskov, sootvetstvenno. Dalee okazalos', chto polutolshina podsistemy tonkogo diska zavisit ne tol'ko ot vozrasta, no i ot metallichnosti. Kak pokazali Marsakov i Shevelev (RGU) v 1995 g. po vosstanovlennym elementam orbit F-zvezd glavnoi posledovatel'nosti - u molodyh (t < 3 mlrd. let) metallichnyh ([Fe/H] > -0.1) F-zvezd shkala vysoty okazyvaetsya naimen'shei (z₀ = (100 20) pk), togda kak u stol' zhe molodyh, no menee metallichnyh, ona primerno v 1.7 raza bol'she. U staryh malometallichnyh zvezd tonkogo diska shkala vysoty poluchaetsya naibol'shei.

Central'nye oblasti galaktik, v tom chisle i nashei, privlekayut osoboe vnimanie, tak kak tam obnaruzhivayut mnogo interesnyh i zagadochnyh osobennostei. V nastoyashee vremya v centre Galaktiki prinyato vydelyat' tri harakternye oblasti. Pervaya, imeyushaya radius ≈ 3 kpk, interesna osobennostyami kinematiki (sm. krivuyu vrasheniya Galaktiki v predydushei lekcii). Zdes' rezko padaet plotnost' gaza po sravneniyu s oblast'yu diska za R > 3 kpk. Vtoraya oblast' s radiusom R poryadka 600 - 700 pk vydelyaetsya massivnym sferoidal'nym uplotneniem zvezd - zvezdnym baldzhem, massa kotorogo poryadka 3· 10¹⁰M_¤, i moshnym gazovym diskom s massoi poryadka 6· 10⁸ M_¤. Nakonec, okrestnost' central'nogo radioistochnika Sgt A s radiusom 1 pk nazyvayut yadrom ili central'nym parsekom.

V vidimoi oblasti galakticheskii centr skryt ot nas pogloshayushei materiei (polnoe pogloshenie zdes' dostigaet velichiny A_V ≈ 30^m). Nablyudeniya etoi oblasti provodyat v rentgenovskom i γ-diapazonah, a v poslednee vremya i v dalekoi infrakrasnoi oblasti spektra, gde pogloshenie sveta ne tak veliko. Ocenennaya na osnove etih dannyh plotnost' v yadre okazalas' na 18 poryadkov bol'she srednei plotnosti zvezd okolosolnechnoi okrestnosti. V IK-oblasti sovremennye bol'shie teleskopy pozvolyayut poluchit' izobrazheniya zvezd s kachestvom, dostatochnym dlya fotometrii, a bol'shoi masshtab izobrazhenii dazhe pozvolil ocenit' sobstvennye dvizheniya otdel'nyh zvezd. Okazalos', chto zvezdy vblizi yadra Galaktiki zametno peremeshayutsya, prichem skorosti dvizheniya i dispersii skorostei uvelichivayutsya s priblizheniem k yadru. Nekotorye, naibolee blizkie k yadru zvezdy dvigayutsya so skorostyami, prevyshayushimi 1000 km/s. Sravnenie nablyudaemogo raspredeleniya skorostei s teoreticheskimi, a takzhe nablyudeniya orbital'nyh peremeshenii blizhaishih k yadru zvezd privodyat k vyvodu, chto v centre Galaktiki raspolozhen kompaktnyi ob'ekt s massoi (3 - 4)· 10⁶ M_¤ - chernaya dyra. Radionablyudeniya oblasti centra Mlechnogo Puti svidetel'stvuyut, chto razmery kompaktnogo ob'ekta <1.2 ⋅ 10¹² sm (t.e. menee 13 gravitacionnyh radiusov). Vblizi central'noi chernoi dyry obnaruzheno ≈ 80 OV-zvezd. Polnoe trehmernoe vosstanovlenie raspredeleniya i dvizheniya etih zvezd pokazalo, chto oni prinadlezhat dvum polyarnym zvezdnym diskam s keplerovskim zakonom vrasheniya kazhdyi i s rezkimi krayami - vneshnim na radiuse 0.5 pk i vnutrennim na radiuse ≈ 0.05 pk. Zvezdnyi sostav oboih diskov odinakov i svidetel'stvuet o tom, chto zvezdy v nih obrazovalis' prakticheski odnovremenno, primerno 6 mln. let nazad.

Oblast' baldzha yarko svetit v infrakrasnom diapazone, gde pereizluchennyi pyl'yu svet zvezd baldzha dopolnyaetsya infrakrasnym izlucheniem mnogochislennyh krasnyh gigantov. Oblast' naibolee intensivnogo svecheniya ogranichena razmerom poryadka 200 pk. To, chto osnovnoi vklad v svetimost' etih oblastei dayut krasnye giganty, govorit o bol'shom vozraste baldzha. Baldzh, po-vidimomu, mozhno rassmatrivat' kak malen'kuyu ellipticheskuyu galaktiku, raspolozhennuyu v centre bol'shoi spiral'noi galaktiki, poskol'ku svoistva i struktura baldzhei spiral'nyh i S₀ galaktik primerno takie zhe, kak E-galaktik, i sushestvenno otlichayutsya kak ot diska, tak i ot galo spiral'noi galaktiki. Summarnaya massa galo i baldzha ocenivaetsya velichinoi 5· 10¹⁰ M_¤ v predelah 10 kpk, chto sravnimo s massoi diska v etih predelah. Tak kak v oblasti baldzha net zvezd s harakteristikami zvezd diska, to disk Galaktiki predstavlyaet soboi skoree splyushennyi tor - disk s dyroi poseredine. Szhatie baldzha (otnoshenie maloi poluosi poverhnosti ravnoi plotnosti k bol'shoi), opredelennoe s pomosh'yu zvezdnyh podschetov v oknah prozrachnosti, ravno 0.6.

Vozmozhno, chto central'nye oblasti baldzha ne imeyut sfericheskoi simmetrii - oni obrazuyut vytyanutuyu strukturu, napominayushuyu nebol'shoi bar - element, harakternyi dlya peresechennyh spiral'nyh galaktik. Ob etom govoryat kak ochen' bol'shie otkloneniya nablyudaemyh v okolocentral'noi oblasti Galaktiki skorostei gaza ot krugovoi skorosti, dostigayushie 150 km/s, tak i znachitel'naya asimmetriya raspredeleniya v prostranstve oblakov neitral'nogo vodoroda. Central'naya chast' baldzha pogruzhena v ionizovannyi gaz - okoloyadernyi disk HII radiusom poryadka 150 pk. Ionizaciya gaza yavlyaetsya sledstviem izlucheniya molodyh zvezd bol'shoi svetimosti, bol'shoe kolichestvo kotoryh nablyudaetsya v central'noi oblasti Galaktiki.

Galo Galaktiki predstavlyaet soboi sfericheskoe obrazovanie maloi plotnosti, po-vidimomu slegka splyusnutoe po osi Z. Polnaya massa zvezdnogo galo sostavlyaet priblizitel'no 10⁹M_¤ , iz kotoroi okolo 1% prihoditsya na sharovye skopleniya, a ostal'nuyu chast' sostavlyayut zvezdy polya.

Ris.11-1

Obshaya struktura Galaktiki v razreze shematicheski pokazana na ris. 11-1. Sleduet pomnit', chto ni odin iz komponentov Galaktiki ne imeet rezkih granic, tak chto granichnye linii, otmechayushie te ili inye podsistemy, sleduet rassmatrivat' kak linii ravnoi plotnosti, provedennye tam, gde plotnost' zvezd dannogo strukturnogo elementa Galaktiki mala po sravneniyu so srednei plotnost'yu po vsemu ego ob'emu. Zvezdnyi disk zakanchivaetsya na periferii Galaktiki ran'she, chem gazovyi (imeet men'shii diametr), pri etom tolshina gazovogo diska uvelichivaetsya k periferii Galaktiki iz-za umen'sheniya sostavlyayushei sily tyagoteniya v napravlenii osi z. Samoi bol'shoi podsistemoi okazyvaetsya akkrecirovannoe galo, kotoroe prostiraetsya pochti do 100 kpk, Podrobnee na prirode etoi podsistemy my ostanovimsya v § 14.3.

Publikacii s klyuchevymi slovami: zvezdnaya astronomiya Publikacii so slovami: zvezdnaya astronomiya
Sm. takzhe: Elene Vyacheslavovne Glushkovoi - 50 ! Konferenciya «Sovremennaya zvezdnaya astronomiya - 2014» Konferenciya "Sovremennaya zvezdnaya astronomiya" K 100-letiyu so dnya rozhdeniya Petra Grigor'evicha Kulikovskogo Lekcii po Galakticheskoi Astronomii. 5–8 Lekcii po Galakticheskoi Astronomii. 3–4 Lekcii po Galakticheskoi Astronomii. 1–2 Vse publikacii na tu zhe temu >>