17.1 Nablyudatel'nye dannye o spiral'noi strukture
Lekciya 17. Spiral'naya struktura Galaktiki
17.1 Nablyudatel'nye dannye o spiral'noi strukture
Spiral'naya struktura yavlyaetsya samym yarkim strukturnym elementom bol'shoi chasti nablyudaemyh nami galaktik. V opticheskom diapazone indikatorami spiral'noi struktury, v chastnosti, yavlyayutsya: HII-oblasti, polosy pyli, golubye sverhgiganty s nekotoroi primes'yu krasnyh sverhgigantov, OV-zvezdy, cefeidy, pul'sary, molodye rasseyannye zvezdnye skopleniya i zvezdnye associacii. K spiral'nym vetvyam koncentriruyutsya gigantskie molekulyarnye oblaka. Tak, nablyudeniya pokazyvayut, chto v nashei Galaktike chislennost' GMO v rukave Perseya otnositsya k chislennosti GMO v mezhrukavnom prostranstve kak 28:1. Neitral'nyi vodorod, nablyudaemyi na volne 21 sm, takzhe pokazyvaet zametnoe povyshenie plotnosti v oblasti spiral'nyh vetvei. Interes k spiral'noi strukture vyzyvaetsya ne tol'ko tem, chto eto yarkoe krasivoe obrazovanie, harakternoe dlya bol'shinstva galaktik, imeyushih disk, no i yavnoi koncentraciei molodyh ob'ektov v spiral'nyh vetvyah, chto svyazyvaet spiral'nuyu strukturu s processami zvezdoobrazovaniya.
Eshe v 1957 godu Cvikki otmetil, chto ob'ekty raznogo vozrasta ne odinakovo ocherchivayut spiral'nye vetvi. Soglasno sovremennym vsevolnovym nablyudeniyam, deistvitel'no, molodye ob'ekty spiral'noi vetvi raspolozheny na ee perednem fronte, togda kak bolee starye okazyvayutsya zametno smeshennymi po galaktocentricheskomu uglu.
Otdel'nye galaktiki pokazyvayut pravil'nuyu spiral'nuyu strukturu, sostoyashuyu obychno iz dvuh spiral'nyh vetvei, drugie - razbrosannye po disku otrezki spiral'nyh vetvei. Kormendi i Norman v 1979 g. special'no issledovali vopros: v kakih sluchayah galaktika imeet pravil'nuyu, regulyarnuyu spiral'nuyu strukturu? U vyborki iz 54 spiral'nyh galaktik s pravil'noi strukturoi 25 galaktik imeyut central'nyi bar, 21 galaktika vrashaetsya pochti tverdotel'no (imeyut voshodyashie krivye vrasheniya), 8 galaktik imeyut blizkie sputniki. Sovremennye ocenki pokazyvayut, chto ≈ 10% spiral'nyh galaktik imeyut uporyadochennuyu (po-angliiski Grand Design) strukturu - dve yarko vyrazhennye spiral'nye vetvi, okolo 60% galaktik imeyut menee regulyarnuyu spiral'nuyu strukturu, a ostavshiesya 30% galaktik, tak nazyvaemye flokkulentnye, ne imeyut regulyarnoi spiral'noi struktury. V poslednih mogut byt' vydeleny tol'ko otdel'nye otrezki spiral'nyh vetvei. V odnoi i toi zhe galaktike, kak pravilo, sosushestvuyut elementy kak uporyadochennoi, tak i flokkulentnoi struktury.
Vazhneishim yavlyaetsya vopros o napravlenii zakruchivaniya spiral'nyh vetvei. Zakruchivayutsya li spiral'nye vetvi v storonu galakticheskogo vrasheniya ili v obratnuyu storonu - raskruchivayutsya? Trudnost' pri etom voznikaet potomu, chto u galaktik, vidimyh pochti s rebra, u kotoryh my mozhem issledovat' vrashenie, trudno vydelit' spiral'nuyu strukturu, a u galaktik, ploskosti kotoryh lezhat pochti v kartinnoi ploskosti, nevozmozhno izuchit' vrashenie. Analiz nebol'shogo chisla galaktik s udobnym, promezhutochnym, naklonom pokazal, chto v bol'shinstve sluchaev vetvi zakruchivayutsya (otstayushie spirali), v nekotoryh sluchayah, kak pravilo vo vzaimodeistvuyushih galaktikah, vozmozhno obratnoe (lidiruyushie spirali). Voroncov-Vel'yaminov (1964) otmetil, chto v nekotoryh galaktikah nablyudayutsya tak nazyvaemye γ-formy - sosushestvovanie vetvei protivopolozhnoi zakrutki, kotorye, peresekayas', obrazuyut struktury, pohozhie na bukvu γ. Nesmotrya na nekotorye somneniya, vse zhe seichas polagayut, chto spirali yavlyayutsya zakruchivayushimisya. Etot vyvod sdelan i dlya nashei Galaktiki, napravlenie zakrutki spiral'nogo uzora zdes' ustanovleno po napravleniyu srednego gradienta vozrasta ob'ektov - indikatorov spiral'nogo uzora.
Hotya spiral'nye vetvi ocherchivayutsya v osnovnom ob'ektami molodogo naseleniya I, starye zvezdy diska - yarkie krasnye giganty i mnogochislennye krasnye karliki - takzhe pokazyvayut te zhe spiral'nye vetvi, hotya kontrast yarkosti mezhdu rukavami i mezhrukavnym prostranstvom pri etom zametno nizhe. Poslednee govorit o tom, chto spiral'nye volny real'no sushestvuyut v galakticheskom diske, a fakt etot ustanovlen s pomosh'yu nablyudenii v krasnom i IK-diapazonah spektra. Pri etom v blizhnem IK-diapazone regulyarnye spiral'nye vetvi vyglyadyat bolee gladkimi i nepreryvnymi, a fragmentarnye rukava zametny slabee. Na ris.17-1 pokazano izobrazhenie zamechatel'noi galaktiki M51 v vidimoi oblasti spektra, a na ris.17-2 - v blizhnei infrakrasnoi oblasti (polosa J infrakrasnogo rasshireniya sistemy UBV Dzhonsona i Morgana). Na risunkah yasno vidno, chto i v IK-oblasti spektra, gde net yarkih vodorodnyh linii i izluchayut v osnovnom krasnye giganty i slabye krasnye zvezdy glavnoi posledovatel'nosti, spiral'nye vetvi vidny horosho, chto svidetel'stvuet ob izmenenii zvezdnoi plotnosti v diske etoi galaktiki. Bolee togo, zvezdy pokazyvayut bolee pravil'nye spiral'nye vetvi, chem oblasti HII.
Vazhnost' ponimaniya processov, svyazannyh s poyavleniem i podderzhaniem spiral'noi struktury stimuliroval teoreticheskie issledovaniya. Glavnoi zadachei teorii spiral'noi struktury, opirayusheisya na nablyudatel'nye dannye, yavlyaetsya ob'yasnenie dvuh momentov. Pervyi - pochemu mnogie galaktiki, soderzhashie diski kak element svoei struktury, imeyut otchetlivo vyrazhennyi spiral'nyi uzor, ohvatyvayushii ves' vidimyi v opticheskom diapazone disk? I vtoroi - pochemu etot uzor sushestvuet na protyazhenii mnogih oborotov galaktiki, nesmotrya na razrushayushee deistvie differencial'nogo galakticheskogo vrasheniya? Deistvitel'no, esli by spiral'nyi uzor sushestvoval v techenie korotkogo intervala vremeni, my ne nablyudali by ego v bol'shom chisle diskovyh galaktik. S drugoi storony, differencial'noe vrashenie rastyagivaet lyuboe obrazovanie v diske, zastavlyaya ego ischeznut' za odin - dva oborota diska. Vozmozhny dva varianta ob'yasneniya: libo spirali nepreryvno ischezayut i vozobnovlyayutsya, libo zhe spiral'nyi uzor vrashaetsya tverdotel'no.
Uzhe davno zamecheno, chto spiral'nye vetvi horosho opisyvayutsya vyrazheniem dlya logarifmicheskoi spirali, kotoroe v polyarnoi sisteme koordinat imeet vid:
|
gde R - rasstoyanie ot osi vrasheniya galaktiki, - galaktocentricheskii ugol, Θ0 - nekotoraya nachal'naya faza spirali, a - masshtabnyi parametr. Pri etom spiral'nyi uzor galaktiki harakterizuetsya chislom spiralei m i uglom zakrutki i (sm. ris. 17-3). Ugol zakrutki - eto ugol mezhdu kasatel'noi k spirali v dannoi tochke i perpendikulyarom k radiusu, provedennomu v etu tochku. Pri etom logarifmicheskaya spiral' obladaet poleznym svoistvom - ugol zakrutki pri izmenenii polyarnogo ugla ne menyaetsya, tak chto ugol zakrutki est' harakteristika spirali v celom, a ne otdel'nyh ee otrezkov. Obychno v galaktikah nablyudaetsya dvuhrukavnaya spiral'naya struktura (m = 2) s nebol'shimi, poryadka 5 - 15 gradusov, uglami zakrutki. Pri etom dlya odnoi spiral'noi vetvi mozhno ispol'zovat' formulu (17-1), a vtoraya vetv' poluchaetsya sdvigom na 180o. Kak budet pokazano nizhe, parametry spirali v nashei Galaktike mozhno naiti po nablyudatel'nym dannym.
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
zvezdnaya astronomiya
Publikacii so slovami: zvezdnaya astronomiya | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
