18.1 Formirovanie podsistem Galaktiki
Lekciya 18. Evolyuciya Galaktiki
18.1 Formirovanie podsistem Galaktiki
Odnoi iz interesneishih zadach sovremennoi astronomii yavlyaetsya izuchenie processa formirovaniya i evolyucii galaktik, v chastnosti - nashei Galaktiki. Pri reshenii etoi zadachi ispol'zuyutsya rezul'taty teorii zvezdnoi evolyucii, statisticheskie harakteristiki zvezdnyh naselenii, rezul'taty postroeniya modelei Galaktiki, vyvody teoreticheskoi i nablyudatel'noi kosmologii.
Sopostavlenie vozrastov, kinematiki, himicheskogo sostava i geometrii podsistem Galaktiki pozvolili obrisovat' vazhneishie cherty ee evolyucii. V nastoyashee vremya chasto polagayut, chto Galaktika sformirovalas' iz medlenno vrashayushegosya klochkovatogo gazovogo oblaka, nachal'nye razmery kotorogo v desyatki raz prevoshodili ee sovremennye razmery. Eto protogalakticheskoe oblako vnachale szhimalos' (kollapsirovalo) pod deistvie sobstvennoi gravitacii. V processe pervonachal'nogo szhatiya pri stolknoveniyah holodnyh gazovyh oblakov shel process zvezdoobrazovaniya i rozhdalis' zvezdy pervogo pokoleniya. Seichas schitaetsya, chto vazhnuyu rol' v vozniknovenii galaktik igrala temnaya holodnaya materiya, kotoraya legko sobiralas' v sgustki, i v sozdavaemuyu takim obrazom potencial'nuyu yamu sobiralas' i vidimaya materiya. Po rezul'tatam sputnikovogo eksperimenta WMAP stalo izvestno, v chastnosti, chto zvezdy vo Vselennoi poyavilis' uzhe cherez 200 mln. let posle ee vozniknoveniya.
Dlya processa dal'neishei evolyucii vazhnym okazyvaetsya razlichie v povedenii polnoi energii u zvezdnoi i gazovoi podsistem. Vydelyayushayasya pri szhatii protogalakticheskogo oblaka gravitacionnaya energiya perehodit v kineticheskuyu energiyu dvizheniya zvezd i gaza. V besstolknovitel'noi zvezdnoi sisteme kineticheskaya energiya prepyatstvuet ee szhatiyu. Poetomu podsistema staryh zvezd, rodivshihsya v nachale kollapsa protogalaktiki, v znachitel'noi stepeni sohranila pervonachal'nuyu sferoidal'nuyu formu i nachal'noe raspredelenie uglovogo momenta, obrazovav medlenno vrashayushuyusya sfericheskuyu podsistemu - galo Galaktiki.
Gaz - dissipativnaya sistema, t.e. on bezvozvratno teryal priobretaemuyu pri szhatii kineticheskuyu energiyu, kotoraya v stolknoveniyah gazovyh oblakov perehodila v teplovuyu energiyu i unosilas' v konce koncov v vide izlucheniya. Poetomu podsistema gaza prodolzhala svobodno szhimat'sya. Odnako vsledstvie sohraneniya uglovogo momenta, szhatie gazovoi sostavlyayushei uvelichivalo skorost' ee vrasheniya. Kogda razmery gazovoi sostavlyayushei umen'shilis' priblizitel'no na poryadok, centrobezhnye sily uravnovesili silu tyagoteniya v ploskosti Galaktiki i ostanovili szhatie v etom napravlenii. Parallel'no osi vrasheniya szhatie prodolzhalos' i v itoge sformirovalsya tonkii gazovyi disk. Rodivshiesya v nem zvezdy obrazovali bystro vrashayushuyusya diskovuyu podsistemu.
Parallel'no s formirovaniem podsistem proishodilo obogashenie mezhzvezdnoi sredy tyazhelymi elementami. Zvezdy diska rozhdalis' iz veshestva, obogashennogo vybrosami sverhnovyh iz predydushego pokoleniya zvezd, poetomu disk okazalsya sushestvenno bogache metallami, chem zvezdy galo.
Opisannaya kartina ob'yasnyaet celyi ryad fundamental'nyh nablyudatel'nyh faktov: sushestvovanie i harakter razlichii v geometrii, raspredelenii uglovogo momenta i himicheskom sostave zvezd galo i diska.
V postroenii kartiny formirovaniya galo vazhnuyu rol' sygrala stavshaya klassicheskoi rabota Eggena, Linden-Bella i Sendidzha (1962) po issledovaniyu svyazi kinematiki i evolyucii zvezd galo. Eti issledovateli pervymi obnaruzhili korrelyaciyu mezhdu vychislennymi dlya nebol'shogo chisla zvezd galakticheskogo galo elementami galakticheskih orbit s indeksami metallichnosti. Polagaya metallichnost' indikatorom vozrasta zvezd, oni ob'yasnili poluchennuyu zavisimost' tem, chto v processe szhatiya protogalaktiki proishodilo postepennoe uvelichenie srednei metallichnosti vnov' rozhdaemyh zvezd. Pri etom orbity uzhe obrazovannyh zvezd galo v dal'neishem ne izmenyalis'. Polagaya takzhe, chto v moment rozhdeniya takih zvezd razmery Galaktiki ne mogli prevyshat' maksimal'nogo radiusa orbit etih zvezd (apogalakticheskie rasstoyaniya nekotoryh zvezd ih vyborki dostigali 50 kpk), oni sdelali vyvod, chto v svoei ploskosti Galaktika szhalas' priblizitel'no v 10 raz so vremeni obrazovaniya pervyh nablyudaemyh v nastoyashee vremya zvezd. V z-napravlenii szhatiyu ne prepyatstvovali centrobezhnye sily, poetomu ono okazalos' sil'nee priblizitel'no v 25 raz. Otsyuda sleduet, chto plotnost' veshestva protogalaktiki byla na tri-chetyre poryadka men'she sovremennoi srednei plotnosti Galaktiki.
Eshe odnim vyvodom raboty Eggena, Linden-Bella i Sendidzha byl sleduyushii. Sredi zvezd s soderzhaniem metallov [Fe/H] < -1.0 oni ne nashli zvezd s maloekscentrichnymi orbitami. Otsyuda byl sdelan vyvod, chto v period obrazovaniya zvezd galo Galaktika nahodilas' v sostoyanii
Model' evolyucii Galaktiki Eggena, Linden-Bella i Sendidzha daet tol'ko odin iz vozmozhnyh scenariev. Eshe odnu tochku zreniya v 1978 godu vydvinuli Sirl i Zinn. Oni ukazali, chto dvizhenie zvezd galo isklyuchitel'no po sil'no vytyanutym galakticheskim orbitam yavlyaetsya sledstviem nablyudatel'noi selekcii i v galo imeyutsya zvezdy s umerennymi ekscentrisitetami orbit. Krome togo, pri bol'shom razbrose metallichnosti sredi sharovyh skoplenii nablyudaetsya ves'ma slabaya korrelyaciya mezhdu ih metallichnostyami i galaktocentricheskimi rasstoyaniyami. Vse eto protivorechit scenariyu bystrogo kollapsa protogalaktiki, poetomu Sirl i Zinn predpolozhili, chto Galaktika formirovalas' putem postepennogo poglosheniya (sliyaniya) bol'shogo chisla otnositel'no nebol'shih fragmentov.
Eta tochka zreniya poluchila dopolnitel'noe podtverzhdenie, kogda detal'nyi analiz soderzhanii ?-elementov v zvezdah polya prodemonstriroval anomal'no nizkie soderzhaniya ?-elementov u znachitel'nogo kolichestva malometallichnyh zvezd galo, kotoroe ne udaetsya ob'yasnit' v ramkah gipotezy obrazovaniya ih iz veshestva edinogo protogalakticheskogo oblaka. Zato takoi himicheskii sostav nahodit estestvennoe ob'yasnenie v predpolozhenii, chto eti zvezdy rodilis' v izolirovannyh protogalakticheskih fragmentah (galaktikah-sputnikah), u kotoryh teoreticheski mogla byt' inaya himicheskaya istoriya. Drugimi slovami poluchaetsya, chto v malometallichnom galo nashei Galaktiki sosushestvuyut dva komponenta: sobstvennoe galo, zvezdy kotorogo geneticheski svyazany s edinym protogalakticheskim oblakom, i akkrecirovannoe galo, vse ob'ekty kotorogo vedut svoe proishozhdenie ot razrushennyh v raznoe vremya prilivnymi silami Galaktiki karlikovyh galaktik-sputnikov.
Tretii iz rassmatrivaemyh v nastoyashee vremya scenariev obrazovaniya Galaktiki peredoveryaet osnovnuyu rol' temnoi materii, kotoraya pervoi sformirovala potencial'nuyu yamu. V etu yamu postepenno natekli fragmenty, obrazovavshie Galaktiku.
Vo vseh etih scenariyah poka otaetsya otkrytoi problema otsutstviya sredi nablyudaemyh zvezd ob'ektov s pervonachal'nym (kosmologicheskim) soderzhaniem tyazhelyh elementov (t.n. problema naseleniya III).
Itak my vidim, chto v dannyh o galakticheskih orbitah i himicheskom sostave zvezd soderzhitsya bogataya informaciya ob istorii Galaktiki.
Obychno vyvody o razlichnyh svoistvah nashei Galaktiki proveryayut s pomosh'yu nablyudatel'nyh dannyh, poluchennyh dlya drugih galaktik. Odnako v nashei Galaktike my uverenno nablyudaem zvezdy, nahodyashiesya na raznyh stadiyah svoei evolyucii, togda kak dlya molodyh galaktik my takie zhe nablyudeniya provesti ne mozhem iz-za ih udalennosti. Horosho izvestno, chto galaktiki s bol'shimi krasnymi smesheniyami neskol'ko golubeyut s uvelicheniem rasstoyaniya, i eto svyazyvayut s bol'shim tempom zvezdoobrazovaniya v molodyh galaktikah. Sredi udalennyh galaktik nablyudaetsya mnogo vzaimodeistvuyushih, i pervichnoe zvezdoobrazovanie mozhet iniciirovat'sya stolknoveniyami galaktik mezhdu soboi ili poglosheniem krupnoi galaktikoi svoih sputnikov. Ranee galaktiki, kak my videli, imeli bol'shie razmery, togda kak rasstoyaniya mezhdu nimi byli mnogo men'she, tak chto veroyatnost' stolknovenii byla zametno bol'she, chem v nastoyashee vremya. Nedavno amerikanskie astrofiziki Glassman, Larkin i Lafren'e pokazali, chto poverhnostnaya yarkost' diskov galaktik, raspolozhennyh na rasstoyaniyah, sootvetstvuyushih z ~ 0.5, v srednem na 0m.6 ugl.sek-2 vyshe, chem u blizhaishih galaktik. Eto mozhet sluzhit' podtverzhdeniem aktivnogo zvezdoobrazovaniya na rannih stadiyah evolyucii galaktik.
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
zvezdnaya astronomiya
Publikacii so slovami: zvezdnaya astronomiya | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
