Економічний коледж Київського національного економічного університету ім. Вадима Гетьмана
КУРСОВА РОБОТА
на тему: “ Галактики і квазари”
Виконав:
студентка групи 1КБС9-05
Король Т.В.
Перевірив:
викладач Дзюба Л.В.
2008 рік
ЗМІСТ
І. Вступ...………………………………………………………………………………..
ІІ. Галактика.......................................................................................…………………..
1. Історія виникнення галактик ……………………………………………………….
2. Види галактик……………………………………………………………………….
3. Великомасштабні структури ………………………..............................................…
4. Активні ядра галактик ……………………………………………….................……
ІІІ. Квазари………………………………………………………………………………
1. Історія відкриття квазарів…………………………………………………….............
2. Характеристика квазарів та їх типи…………………………………………………
3. Гравітаційні лінзи ……………………………………………………………………. 4. Квазари й активні галактичні ядра.…………………………………………………. 4.1 Основні спостережувані властивості………………………………………………
4.2 Основні феноменологічні властивості квазарів……………………………………
4.3 Механізми активності галактичних ядер............................................................
ІV. Висновок…………………………………………………………………………… ..
V. Література…………………………………………………………………………… .
І. ВСТУП
Ще у далекій давнині люди помічали на нічному небі світну смугу, що простягнулася через весь небозвід бліду. Вона нагадувала їм пролите молоко. По легенді, у цьому заслуга Гери, що спускалася на Землю. Світну смугу назвали Молочним Шляхом.
Потім, багато пізніше, завдяки спостереженням Галілея, стало відомо, що Чумацький Шлях - це безліч далеких і тому неяскравих зірок. Вони й зливаються в одне тьмяне світіння. Тоді виникла гіпотеза про те, що Сонце, всі видимі зірки, у тому числі й зірки Чумацького Шляху, належать до однієї величезної системи. Таку систему назвали Галактикою.
Галактика (в перекладі з грецької мови – молоко) – це велика зоряна система що складається із зір, зоряних скупчень, пилових і газових туманностей, розсіяного газу і пилу.
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.
Назва нашої Галактики – Чумацький Шлях (Молочний Шлях). До неї входять Сонце і сонячна система. Дуже довгими були суперечки про її розміри, масу, структурі розміщення зірок. Тільки відносно недавно, у двадцятому столітті, усілякі дослідження дозволили людині судити про все це. Вона уявляє з себе спиральну галактику у вигляді великого диску з перемичкою, диаметром приблизно 30 кілопарсек ( 100 000 світових літ) і товщиною в 3000 світових літ. Вона має приблизно 3×1011 зірок, а її загальна маса складає біля 6×1011 мас Сонця.
При вивченні неба з телескопом крім зірок себе виявляли ще неясні мрячні плями. Їх так і назвали - "туманності". Згодом, з'ясувалося, що природа їх аж ніяк неоднакова. Деякі з них виявилися скупченнями газу й пилу, що належать нашій Галактиці. Про їх Ви можете прочитати в розділі про туманності. Самі газопильові хмари також відрізнялися друг від друга. Однак деякі туманності разюче відрізнялися від інших...
Квазар (англ. quasar — скорочено від QUAsi stellAR radio source — «квазі зіркове радіоджерело) – це клас позагалактичних об`єктів, які відрізняються дуже великою світимістю і настільки малим кутовим розміром, що протягом декілька років після відкриття їх не вдавалося відлічити від «крапкових джерел» — зірок. Це зореподібні радіоджерела, які спостерігаються на великих відстаннях (до 12 млрд світлових років). Вперше квазари знайшли у 1960 році як радіоджерела, які збігаються в оптичному діапазоні зі слабкими зіркоподібними об`єктами. Незабаром після їх відкриття знайшлитакої ж природні оптичні об`єкти без ознак радіовипромінювания. Вони отримали назву "радіоспокійні" квазари. Виявилось, що таких квазаріву декілька десятків разів більше, ніж радіовипромінюючих.
Потужністю випромінювання квазари перевершують найбільші за розміром галактики. За хімічним складом квазари дуже близькі до газових туманностей. У них значний надлишок ультрафіолетового та інфрачервоного випромінювання порівняно зі звичайними зорями.
Найближчий і найбільш яскравий квазар (3C 273) має блиск приблизно 13m й червоне зміщення z = 0,158 (що відповідає відстані біля 2 млрд світових років). Самі далекі квазари, завдяки своїй гігантській світимості, які перебільшують в сотні разів світимість нормальних галактик, можна побачити на відстані більш ніж 10 млрд світових років. Нерегулярна змінність блиска квазарів у часових масштабах менших за добу вказує на те, що область генерації їхнього випромінювання має малий розмір, порівняно з розміром Сонячної системи.
Останні спостереження показали, що більшість квазарів знаходяться поблизу центрів великих елиптичних галактик.
ІІ. Галактика
Галактика (в перекладі з грецької мови – молоко) – 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.
1. Історія виникнення галактик
В 1610 року Галілео Галілей виявив, що Молочний шлях, який він вирішив досліджувати своїм телескопом, складається з величезного числа слабких зірок. У своєму трактаті 1755 року, заснованому на роботах Томаса Райта (Thomas Wright), Іммануіл Кант припустив, що Галактика може бути обертовим тілом, що складається з величезної кількості зірок, утримуваних гравітаційними силами, подібними з тими, що діють у Сонячній системі, але в більших масштабах. З нашого місця у середині Галактики отриманий диск буде видний на нічному небі як світла смуга. Кант висловив припущення, що деякі з туманностей, видимих на нічному небі, можуть бути окремими галактиками.
У кінці XVIII століття Шарль Мессье склав каталог, який містив 109 яскравих туманностей, слідом за яким з'явився каталог з 5000 туманностей Вільяма Гершеля. Після будівлі свого телескопа в 1845 року лорд Росс зміг побачити розходження між еліптичними й спіральними туманностями. У деяких із цих туманностей він зміг виділити й окремі джерела світла, що надавало гіпотезі Канта більшу правдоподібність. Однак питання про те, чи є ці туманності окремими галактиками, залишилося спірним до початку 1920-х років, коли завдяки новому телескопу Едвин Хабл дав на нього відповідь. Він зумів розглянути зовнішні частини деяких спіральних туманностей як скупчення окремих зірок і визначити серед них перемінні-цефеїди. Це дозволило йому оцінити відстань до цих туманностей: вони перебували занадто далеко, щоб бути частиною Чумацького Шляху. В 1936 Хаббл побудував класифікацію галактик, що використається донині й називається послідовністю Хабла. Рис.1 Молочний шлях – наша .........................................................................................власна галактика
Перша спроба визначити форму Чумацького Шляху й положення Сонця в ньому була почата Вільямом Гешрелем в 1785 року за допомогою ретельного підрахунку зірок у різних ділянках неба.
Використовуючи вдосконалений варіант методу, Каптейн (Kapteyn) в 1920 році зробив висновок про маленьку (діаметром в 15 кілопарсек) сплюснуту галактику із Сонцем поблизу центра. Інший метод, використаний Харлоу Шепли (Harlow Shapley) і заснований на підрахунку кульових скупчень, дав зовсім іншу картину — плоский диск діаметром близько 70 кілопарсек із Сонцем, яке знаходиться далеко від центра. Обоє досліджень не були точні через те, що не враховували поглинання світла міжзоряним газом у площині галактики. Сучасна картина нашої Галактики з'явилася в 1930 році, коли Роберт Джуліус Трумплер (Robert Julius Trumpler) виміряв цей ефект, вивчаючи розподіл розсіяних зоряних скупчень, що концентруються в площині Галактики.
В 1944 року Хендрік Ван де Хулст (Hendrik van de Hulst) завбачив існування радіовипромінювання з довжиною хвилі в 21см, яке випромінюється міжзоряним атомарнимводнем, яке було виявлено в 1951 році. Це випромінювання дозволило додатково вивчити Галактику завдяки доплерівському зміщенню. Ці спостереження привели до створення моделі з перемичкою в центрі Галактики. Згодом прогрес радіотелескопів дозволив відслідковувати водень і в інших галактиках. В 1970-х роках стало зрозуміло, що загальна видима маса галактик
(що складає з маси зірок і міжзіркового газу), не пояснює швидкості обертання газу. Це привело до висновку про існування темної матерії. Нові спостереження, зроблені на початку 1990-х років на Космічному телескопі імені Хаббла, показали, що темна теорія у нашій Галактиці не може складатися тільки з дуже слабких і малих зірок. На ньому також були отримані зображення далекого космосу, що одержали назви Hubble Deep Field і Hubble Ultra Deep Field, які показали очевидність того, що в нашому Всесвіті існують сотні мільярдів галактик.
В 2004 року самою далекою галактикою з тих, що коли-небудь, які спостерігало людство, стала галактика Abell 1835 IR1916.
Рис. 2 Галактика Abell 1835 IR1916
2. Види галактик
В 20-30 рр. XX ст. Хаббл розробив основи структурної класификації галактик - гігантських зіркових систем, згідно з якою розрізняють три класи галактик:
- Спіральні галактики - характерні двома порівняно яскравими гілками, розташованими по спіралі. Гілки виходять або з яскравого ядра (такі галактики позначаються S), або з кінців світлої перемички, що перетинає ядро (позначаються - SB).
Представник - галактика М82 у сузір'ї Великої Ведмедиці, не має чітких окреслень і складається в основному з гарячих блакитних зірок і розігрітих ними газових хмар. М82 перебуває від нас на відстані 6.5 мільйонів світлових років. Можливо, близько мільйона років тому в центральній її частині відбувся потужний вибух, у результаті якого вона набула сьогоднішньої форми.
Рис.3 Рентгенограма М82
Спіральна галактика М51 у сузір'ї Гончих Псів - одна із самих дивних спіральних зоряних систем. Відстань до них становить близько 8 мільйонів світлових років. Потовщення на кінці спіральної гілки - це самостійна неправильна галактика. Окремі яскраві зірки знаходяться у нашій галактиці.
Рис.4 М51 – Галактика водоворіт
-Еліптичні галактики (позначаються Е) -, що мають форму еліпсоїдів.
Представник - кільцева туманність у сузір'ї Ліри перебуває на відстані 2100 світлових років від нас і складається з газу, який світиться і оточує центральну зірку. Ця оболонка утворилася, коли постаріла зірка скинула газові покриви й вони направились в простір. Зірка стислася й перейшла в стан білого карлика, по масі порівняно з нашим сонцем, а по розміру із Землею.
Рис.5 Кольцевая туманность – М57 (
NGC
6720)
-Іррегулярні (неправильні) галактики (позначаються I) -, що мають неправильні форми.
Представник - Велика Магелланова Хмара знаходиться на відстані 165000 світлових років і, таким чином, є найближчою до нас галактикою порівняно невеликого розміру. Поруч із нею розташована менша галактика - Мала Магелланова Хмара. Обидві вони - супутники нашої галактики.
Рис.7 Галактика Малое Магелланово Облако
Рис. 6 Галактика Большое Магелланово Облако
По ступеню клочковатості гілок спіральні галактики розділяються на підтипи а, в, с:
-аморфні гілки
-трохи клоччасті
-дуже клоччасті, а ядро завжди неяскраве й мале.
У другій половині 40- х років ХХ століття У. Бааде (США) установив, що клочковатість спіральних гілок і їх блакить ростуть із підвищенням вмісту в них гарячих блакитних зірок, їх скупчень і дифузійних туманностей. Центральні частини спіральних галактик жовтіше, ніж гілки і мають старі зірки (населення другого типу, по Бааде, або населення сферичної складової), тоді як плоскі спіральні гілки складаються з молодих зірок (населення першого типу, або населення плоскої складовій).
Щільність розподілу зірок у просторі росте з наближенням до екваторіальної площини спіральних галактик. Ця площина є площиною симетрії системи, і більшість зірок при своєму обертанні навколо центру галактики залишаються поблизу неї; періоди обігу становлять 107 - 109 років. При цьому внутрішні частини обертаються як тверде тіло, а на периферії кутова й лінійна швидкості обігу убувають із віддаленням від центру. Однак у деяких випадках ще менше ядерце, що перебуває усередині ядра ("керн") обертається швидше всього. Аналогічно обертаються й неправильні галактики, що є також плоскими зоряними системами.
Еліптичні галактики складаються із зірок другого типу населення. Обертання виявлене лише в найбільш стислих з них. Космічного пилу в них, як правило, нема, чим вони відрізняються від неправильних і особливо спіральних галактик, у яких поглинаюча світло пилова речовина й є у великій кількості.
У спіральних галактиках поглинаюча світло пилова речовина є в більшій кількості. Вона становить від декількох тисячних до сотої частини повної їхньої маси. Внаслідок концентрації пилової речовини до екваторіальної площини, вона утворює темну смугу у галактик, повернених до нас ребром та маючих вид веретина.
3. Великомасштабні структури
Лише деякі галактики існують окремо від інших, самі по собі (вони також відомі як галактики поля). Структури із приблизно 50 галактик називаються групами галактик, а більші, утримуючих багато тисяч галактик у просторі поперечником у трохи мегапарсек, називаються скупченнями галактик. Скупчення галактик найчастіше перебувають під впливом однієї гігантської еліптичної галактики, яка за рахунок приливних сил згодом руйнує галактики-супутники й збільшує свою масу, поглинаючи їх. Зверхскупченнями називають гігантські збори, що містять десятки тисяч галактик, що входять у скупчення, групи або розташовані окремо. У масштабах зверхскупчені галактики вибудовуються в смуги й нитки, що оточують великі розріджені порожнечі.
В більших масштабах Всесвіт є ізотропний і однорідний. Наша Галактика є однією із галактик Місцевої групи, керуючи нею разом з Туманністю Андромеди. У Місцевій групі поперечником біля одного мегапарсека, перебувають близько 30 галактик. Сама Місцева група є частиною Зверхскупчення Діви, головну роль у якій грає Скупчення Діви (у яке наша Галактика не входить).
Рис. 8 Галактика Діва A із джетом.
4. Активні ядра галактик
Є гіпотеза, що ядра далеких галактик на стадії незвичайно високої активності, коли їхнє випромінювання настільки велике, що «забиває» випромінювання самої галактики. Дотепер незрозуміло, як формуються активні ядра галактик. Чому в одних галактиках основна енергія ядра виділяється у формі оптичного й інфрачервоного випромінювання, в інші - у формі радіохвиль і потоків релятивістських часток (у цьому випадку галактика називається радіогалактикою), а в третіх, зовні таких же галактиках, активність ядра залишається дуже слабкою (до останнього ставиться й наша Галактика).
Характерною рисою випромінювання активних ядер галактик є їхня висока потужність і змінність, що відбувається на всіляких масштабах часу - від декількох десятків годин до декілька років (у рентгенівському діапазоні спектра - аж до декілька хвилин). Вона свідчить про надзвичайну компактність джерела випромінювання.
Рис.9 Радіогалактика NGC5128 ...............................................................................................(Центавр A).
Основні властивості активних нестаціонарних галактик (сейфертовских галактик) можна сформулювати в такий спосіб:
1.Нестаціонарні явища в галактиках пов'язані з їхніми ядрами, на які доводиться значна частка випромінювання всієї галактики (нерідко в областях діаметром в 1 парсек виділяється потужність випромінювання, порівнянна зі світністю нашої Галактики).
2.Випромінювання ядер за спостереженнями в широкому діапазоні довжин хвиль є нетепловим.
3.Випромінювання ядер, як правило, є змінним.
4.Спектри випромінювання ядер містять широкі емісійні лінії, викликані рухом газу з більшими швидкостями.
Перша й четверта властивості були сформульовані ще Карлом Сейфертом. Активні галактики становлять приблизно 1 % від загального числа спіральних галактик. Їх можна виявити по змінності їхнього блиску. До речі, цілий ряд змінних позагалактичних об'єктів був відкритий астрономами й занесений у відповідні каталоги змінних зірок, і тільки після одержання даних про відстані до них здогадалися про позагалактичну природу цих об'єктів. Така, наприклад, змінна зірка BW у сузір'ї Тельця, опинившаяся потужним радіоджерелом 3С120 з оптичним спектром, характерним для сейфертовських галактик. Як змінні зірки були вже відомі й деякі інші позагалактичні об'єкти: AP Терезів, Х Волосся Вероніки. Змінність із великою амплітудою блиску як у радіо, так й в оптичному діапазонах характерна для лацертид, названих так по імені BL Lacertae (об'єкт у сузір'ї Ящірки), спочатку відомої як змінна зірка. У лацертид оптичні спектри є безперервними. Блиск лацертид змінюється в широких межах. Випромінювання лацертид сильно поляризоване (до 50-60 %), а це вказує на присутність магнітного поля.
Рис.10
Джерело Лебідь A – один з наймогутніших радіоджерел нашого неба.
Рис.11
Сейфертовская галактика Персей А.
Рис.12 Лацертида A0 0235+164 випромінює 1041 Вт
Радіогалактики - це галактики, у яких ядра знаходяться в процесі розпаду. Викинуті щільні частини, продовжують дробитися, можливо, утворюють нові галактики - сестри, або супутники галактик меншої маси. При цьому швидкості розльоту осколків можуть досягати величезних значень. Дослідження показали, що багато груп і навіть скупчення галактик розпадаються : їх члени необмежено віддаляються один від одного, неначебто вони всі були уражені вибухом.
Таким чином, у теперішній час відомо кілька тисяч галактик з нестаціонарними ядрами, які можна розбити на три основні групи:
-галактики, подібні виявленим Сейфертом (сейфертовские галактики);
-радіогалактики й квазари;
-об'єкти типу BL Ящірки (лацертиди).
У цей час загальновизнано, що в центрі деяких активних галактик перебуває зверхмасивна чорна діра. Розходження у випромінюванні активних і спокійних галактик пов'язане з різним характером падіння речовини на зверхмасивні чорні діри в їхніх ядрах. В активних галактиках багато газу, тому в них потужні аккреционные диски.
ІІІ. Квазари
1.
Історія відкриття квазарів
Слово «квазар» було придумано як скорочення від «квази - зірковерадіоджерело». «Квази - зірковий» означає «схожий на зірку, але не зірка». Зараз астрономи вважають, що квазари – це сама яскрава з різновидів активних галактичних ядер.Уперше квазари виявили в 1960 року як радіоджерела, що збігаються в оптичному діапазоні зі слабкими зіркоподібними об'єктами. Радіоастрономи удосконалювали свої методи точного визначення місцезнаходження радіоджерел. Радіоджерело 3С48 начебто збігалося з однією зіркою, не схожою ні на які інші: у її спектрі були присутні яскраві лінії, які не вдавалося співвіднести з жодним з відомих атомів. Потім, в 1962р., ще одна таємнича зірка збіглася з іншим радіоджерелом, 3С 273. Роком пізніше Мартен Шмідт із обсерваторії Маунт Паломар у Каліфорнії довів, що якщо цьому зіркоподібному об'єкту приписати зсув 16%, то його спектр збіжиться зі спектром газоподібного водню. Таке червоне зміщення велике навіть для більшості галактик. Об'єкт 3С 273 виявився не екзотичною зіркою із Чумацького Шляху, а чимсь зовсім іншим, що летить від нас зі швидкістю в 16% швидкості світла. Відстань до цього квазара становить близько 3 млрд. світлового років, а видимий блиск дорівнює 12,6m. Розмір 3С 273 не перевищує одного світлового року. Виявилося, що й інші зіркоподібні радіоджерела, такі як 3С 48, мають більші червоні зсуву. От це-те компактні об'єкти з більшим червоним зсувом, які на фотографіях нагадують зірки, і є квазари. Теорія тяжіння Ейнштейна затверджує, що світло, проходячи через сильне гравітаційне поле, викривляє свою траекторію. Квазари демонструють нам цей ефект. Вони рідко виявляються на небі по сусідству один з одним. Але в 1979р. астрономи виявили пару ідентичних квазарів, розташованих дуже близько один до одного. Насправді це виявилися два зображення одного й того ж об'єкта, світло від якого було перекручене гравітаційною лінзою. Де на шляху світла, що йде від цього квазара, перебуває щось дуже щільне і масивне. Тяжіння цього об'єкта й розщеплює світло в подвійне зображення. Уперше рентгенівське випромінювання від позагалактичного об'єкта буловиявлено 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 4486. Іншим метагалактичним рентгенівським джерелом виявилася яскрава сейфертівська галактика NGC 4151. Не підлягає сумніву, що випромінює активне ядро цієї галактики. Незабаром був виявлений слабкий потік рентгенівського випромінювання й від першого відкритого квазара 3С 273, а також від радіогалактики Лебідь-А. В 1982 році австралійськими астрономами був відкритий новий квазар, який одержав назву PKS 200-330, у якого виявився рекордний для того часу червоний зсув Z==3,78 .Це означає, що спектральні лінії астрономічного об'єкта, що віддаляється від нас, у результаті ефекту Доплера мають довжину хвилі, в 3, 78 рази перевищуючу значення нерухомого джерела сввітловипромінювання.Відстань до цього квазара, видимого в оптичний телескоп як зірка дев'ятнадцятої величини, становить 12,8 млрд світлових років.У другій половині 80-х років було зафіксовано ще трохи найбільш віддалених квазарів, вел
Квазар
(англ. quasar—скорочення від QUAsi stellAR radio source — «квази зоряне “радіо джерело”) — клас позагалактичних об'єктів, що відрізняються дуже високою світністю і настільки малим кутовим розміром, що протягом декількох років після відкриття їх не вдавалося відрізнити від «крапкових джерел» - зірок. Квазари являють собою зовсім новий тип космічних об'єктів поряд із зірками, галактиками й туманностями. Тому відкриття квазарів в астрономії було цілком аналогічно відкриттю нового типу тварин у зоології. У ту епоху, коли квазаром були випромінені кванти, які зараз уловлюються земними телескопами, розміри Всесвіту були в 4 - 4,5 рази менше, ніж зараз, а її вік, приблизно, в 10 разів менше нинішніх 15 - 20 мільярдів років. Тоді свідомо не було ще Сонця й Сонячної системи. Цілком можливо, що не було навіть нашої Галактики, а якщо вона й була, то вона найсильнішим чином відрізнялася від тієї, котру астрономи спостерігають зараз. Квазари занурені в галактики. Однак майже у всіх випадках квазар сяє настільки яскраво, що затьмарює набагато більш слабке світло створившої його галактики. Тому на фотографіях можна побачити лише світлу крапку відактивного ядра. Усередині квазара перебуває винятково потужне джерелоенергії, майже напевно це чорна діра. Вона оточена диском з речовини діаметром у кілька світлових років. Поблизу диска швидко несуться хмаригазу, а ще далі, на відстані близько 100 світлових років, більше тонкі й більше холодні хмари, де квазар зливається зі своєю галактикою. Варто зазначити, що незабаром після відкриття квазарів були виявлені такої ж природи оптичні об'єкти без ознак радіовипромінювання. Вони одержали назву "радіоспокійні" квазари.
Виявилося, що таких квазарів у багато десятків разів більше, ніж радіовипромінюючих. Особливий інтерес представляють лінії поглинання
, виявлені в спектрах найбільш далеких квазарів, звичайно таких, у яких лінія "лайман-альфа" з- за червоного зсуву "переповзає" у видиму область. Дуже часто величина червоного зсуву, яку визначають по лініях поглинання, значно менше, ніж по лініях випромінювання. Крім того, у ряді випадків спостерігається в спектрі одного квазара кілька систем ліній поглинання, що відрізняються червоним зсувом. Швидше за все ці лінії утворяться "на шляху", при проходженні світла через зовнішні газові шари більш близьких до нас галактик. Однак остаточно вирішеним це питання поки вважати не можна.3. Відстань до квазарів
У міру нагромадження даних спостережень більшість астрономів дійшли висновку, що квазари далі від нас, чим будь-які інші об'єкти, доступні для спостереженням. Але невелика частина астрономів стверджувала, що найбільш переконливі дані спостережень говорять про просторову близькість квазарів і не дуже далеких галактик.4. Червоний зсув
Більшість квазарів інтенсивно випромінюють радіохвилі. Коли астрономи точно визначилиположення цих радіоджерел на фотографіях, отриманихувидимомусвітлі, вони виявили зіркоподібні об'єкти. Щоб встановити природу дивних небесних тіл, треба сфотографували їхній спектр і побачили зовсім несподіване. Ці “зірки” мали спектр, що різко відрізняється від усіх інших зірок. Спектри були зовсім незнайомими. У більшості квазарів вони містили не тільки добре відомі і характерні для звичайних зірок ліній водню, у них взагалі з першого погляду не можна було виявити ні однієї лінії якого-небудь іншого хімічного елемента. Молодий голландський астрофізик М.Шмидт, що працював у США з'ясував, що лінії в спектрах дивних джерел невпізнанні лише тому, що вони сильно зміщені в червону область спектра, а насправді це лінії добре відомих хімічних елементів (насамперед водню). Причина зсуву спектральних ліній квазарів була предметом більших наукових дискусій, у підсумку яких переважна більшість астрофізиків дійшли висновку, що червоний зсув спектральних ліній пов'язаний із загальнимрозширенням Метагалактики. Рис. 13
Зсув спектральних ліній у квазарі 3C273
У спектрі об'єктів 3С273 і 3С48 червоний зсув досягає небувалої величини. Зсув ліній до червоного кінця спектра може бути ознакою видалення джерела від спостерігача. Чим швидше віддаляється джерело світла, тим більше червоний зсув у його спектрі.Характерно, 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.6. Вік квазарів
Ще одна загадка квазарів полягає в тому , що деякі з них змінюють свою яскравість із періодом у кілька доб, тижнів або років, тоді як звичайні галактики не виявляють таких варіацій. Московські астрономи А.С.Шаров і Ю.Н. Єфремов вирішили з'ясувати, як поводилися в минулому “дивні зірки”. Вони уважно переглянули 73 негатива, на яких з 1896 по 1963 р. був відбитий об'єкт 3С273. Висновок, до якого прийшли радянські вчені, можна вважати цілком достовірним. А він разючий. Виявилося, що 3С273 міняв свою яскравість! І не трохи, а дуже помітно - від 12,0 до 12,7 зоряної величини, тобто майже у два рази. Бували випадки (наприклад, у період з 1927 по 1929 р.), коли за нетривалий час потік випромінювання від 3С273 зростав в 3 - 4 рази! Іноді за кілька доби об'єкт мінявся на 0,2 - 0,3 зоряної величини. При цьому зовні, оптично, не відбувалося ніяких інших істотних змін - “ дивна зірка ” незмінно видалася зіркою, хоча й змінною. Подібне явище пізніше було виявлено й в об'єкта 3С48. Відомі тисячі змінних зірок, по різних причинах мінливих. Але серед звичайних галактик не було зареєстровано ні однієї змінної. Хоча багато хто з них містив тисячі й мільйони змінних зірок, коливання їх світимості відбуваються в різнобій і настільки несуттєві для галактики в цілому, що загальне випромінювання галактик завжди залишається практично незмінним. Жоден оптичний інструмент світу не може вловити хоча б найменші коливання світності який-небудь із галактик. Залишаються три можливості. Перша з них безглузда: зірки галактики змінюються відразу й однаково, як по команді, в одному ритмі. З фізичної сторони таке пояснення настільки абсурдне, так суперечить усім нашим знанням про космос, що не заслуговує серйозного розгляду. Друга можливість - дивні об'єкти, подібні з галактиками по характеру червоного зсуву, мають фізичну природу, зовсім відмінну від галактик. Однак, більшість астрономів припускають, що квазари - активні ядра зверхдалеких галактик. Безперечно, що квазари - це не протяжні, розкидані на десятки тисяч світлових років зоряні системи, а якісь досить компактні тіла невеликих порівняно розмірів і колосальної маси (мільярди сонячних мас). Відносно малі розміри можуть пояснити швидкість коливань світності всього об'єкта в цілому, а величезна маса - єдино можлива причина виняткової яскравості, або, точніше світності небесного тіла. Чим масивніше зірка, тим яскравіше вона світить. Ця закономірність випливає як зі спостережень, так і з теоретичних міркувань. Не тільки по масі, але й по потужності випромінювання квазари різко відрізняються від усіх відомих небесних тел. Навіть зверхнові зірки “бліднішають” у порівнянні з ними. Зверхнові зірки випромінюють світло в кілька мільярдів раз більше, ніж Сонце тільки в момент свого потужного вибуху. Рядовий же квазар завжди в десятки тисяч раз випромінює більше.10. Інфрачервоне й рентген рентгенівське випромінювання квазарів
В останні роки астрономам вдалося зареєструвати інфрачервоне й рентгенівське випромінювання квазарів; вони виявили, що потужність випромінювання деяких об'єктів у цих областях спектра навіть більше, ніж у видимій області й радіодіапазоні. Якщо просумувати енергії випромінювання у всіх областях спектра, то виявляється, що деякі квазари генерують в 100 000 раз більше енергії в секунду, ніж гігантські галактики за умови, що наші оцінки відстаней до квазарів вірні. Розвиток рентгенівської астрономії допоміг установити, що більшість квазарів виявилися потужними рентгенівськими джерелами. Деякий натяк на це можна було помітити ще в результаті найперших рентгенівських спостережень квазара 3С273, а в останніх дослідженнях обсерваторії “ейнштейн” ( “НЕАО”) було виявлено більш 100 квазарів із сильним рентгенівським випромінюванням. Виходячи із цих спостережень, вважають, що на відміну від радіовипромінювання рентгенівське випромінювання - характерна властивість для квазарів.11. Кратні квазари
Особлива увага астрофізиків і фізиків залучили кратні (подвійні, потрійні) квазари: подвійний квазар у сузір'ї Великої Ведмедиці (1978), потрійний квазар у сузір'ї Леву (1980) і такий же квазар у сузір'ї Риб (1981). Кожний з об'єктів являв собою квазарів-близнюків, розташованих один від одного на відстані декількох кутових секунд, що мають дуже схожі спектри й червоні зсуви. Однак, цілком ймовірно , перераховані квазари не є “дійсні” кратні квазари, а лише зображення відповідного джерела. Розщеплення одного зображення відбувається під дією гравітаційного поля масивної галактики, яка опинилася на шляху між квазаром і нами. Промені світла від квазарів можуть викривлятися під дією гравітації галактик, що відіграють роль джерел гравітаційного фокусування. Такі гравітаційні лінзи можуть спотворювати форми далеких галактик, що, на думку деяких учених, відкриває нові можливості дослідження великомасштабних неоднорідностей у розподілі речовини у Всесвіті. Не виключене, що ефект гравітаційної лінзи в деяких випадках створюють не далекі галактики, а масивні чорні діри. Індійські астрофізики Г.Падманабхан і С.Читре звернули увагу на випадки, коли видно подвійне зображення квазара, а галактики, що викликала це явище, поблизу не виявлено. От і з'явилася гіпотеза про те, що ефект створюють практично крапкові чорні діри з масою, у мільйон раз переважаючої масу Сонця. Тому що дотепер ніде жодна чорна діра не виявлена, те поки важко сказати, наскільки близька до істини така гіпотеза. Питання про те, існують чи в природі “дійсні” подвійні квазари, залишається предметом досліджень і дискусій.12. Радіоструктура квазарів
Радіоструктура квазарів багато в чому нагадує радіогалактики, так лише по одній цій структурі відрізнити квазари неможливо. Так само, як й у радіогалактик, дуже часто спостерігаються подвійні радіоджерела, між якими перебуває компактне, іноді змінне, радіоджерело, яке співпадає по своїх координатах із зіркоподібним оптичним об'єктом - квазаром. У найближчих квазарів зрідка біля зіркоподібного об'єкта спостерігаються дуже слабкі протяжні утворення. Від квазара 3С 273 виходить слабкий струмінь - викид довжиною близько 20". На такій величезній відстані цим кутовим розмірам відповідає лінійна довжина близько 100 тисяч світлових років. Цей струмінь, крім оптичного випромінювання, випромінює також радіохвилі, так що квазар 3С 273 можна розглядати як подвійне радіоджерело. Варто помітити, що аналогічні викиди спостерігаються також й у деяких радіогалактик. Важливим питанням є приналежність квазарів до скупчень галактик. Довгий час не можна було вирішити питання в позитивному змісті, адже критерієм приналежності до одного скупчення є однаковий червоний зсув у галактик й квазарів. Тільки для деяких, порівняно близьких квазарів, вдалося виявити скупчення галактик, у яких вони перебувають. Дуже складно визначити точне число виявлених на сьогоднішній день квазарів, але у наш час відомо й занесено в каталоги понад тисячу квазарів, що й дозволяє виконати їхній статистичний аналіз. Насамперед, вдалося побудувати "функцію світності" квазарів, тобто їхній розподіл по потужності випромінювання: відносна кількість квазарів зменшується по росту потужності їхнього випромінювання. Найважливішим результатом таких статистичних досліджень є висновок про те, що на більш ранніх етапах еволюції Всесвіту, коли його розміри були в 3-5 разів менше нинішніх, квазарів було набагато більше, ніж зараз. У ту віддалену епоху квазарів було майже стільки ж, скільки й "нормальних" галактик. Не можна виключити гіпотезу, що тоді всі галактики були квазарами! Цей важливий висновок бідує для свого підтвердження в нових спостереженнях. Звертає на себе увагу та обставина, що кількість квазарів, починаючи зі значення червоного зсуву, що перевершує деяку межу (відповідно збільшенню довжини хвилі в 4,5 - 5 разів), різко падає.Звичайно, не можна виключити чисто інструментальну причину цього явища,однак цілком можливо, що квазари з більшими червоними зсувами просто відсутні. Така відсутність природніше всього пояснюється тим, що саме у 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 Всесвіту, тому що дозволив би уточнити епоху формування галактик, а отже, і зірок. Потрібні ще нові високоякісні спостереження, щоб це підтвердити. Вище ми вже говорили про змінність оптичного випромінювання квазарів. Як крайній прояв такої змінності варто згадати про "спалах" квазара 3С 279. У цей час він спостерігається як злегка змінна слабка зірочка 18-й величини. Однак на старих астрономічних фотографіях довоєнного часу (тобто задовго до відкриття квазарів) цей об'єкт виявився істотно більше яскравим - майже 13 величини! Це означає, що він був яскравіше, ніж зараз, у сотню раз! Знаючи по червоному зсуві відстань 3С 279, можна помітити, що під час "спалаху" його світність була майже в сотню раз більше, ніж в 3С 273 й у десять тисяч разів більше, ніж у нашої Галактики! І при цьому розміри випромінюючої області мізерно малі, менше світлового року. В наш час квазар 3С 279 уважається найпотужнішим "маяком" Всесвіту. Ми бачимо, що розкид значень світіння мегагалактичних об'єктів майже такий же, як у зірок!
Рис. 14 Галактика NGC 4319 і .....................квазар Маркарян 205
В 2005 році група астрономів використала у своєму дослідженні дані про 195 000 квазарів.
Найближчий і найбільш яскравий до нас квазар - 3C 273 має блиск близько 13m і червоний зсув z =0,158 (що відповідає відстані близько 2 млрд світлових років). Самі далекі квазари, завдяки своїй гігантській світності, що перевершує в сотні разів світність нормальних галактик, видні на відстані більше 10 млрд світлових років. Нерегулярна змінність блиску квазарів на тимчасових масштабах менш доби вказує, що область генерації їхнього випромінювання має малий розмір, порівнянний з розміром Сонячної системи.
Рис. 15 Квазар 3С 273
ІV. ВИСНОВОК
Галактики - сверхгиганты имеют светимости, в 10 раз превышающие светимость Солнца, квазары в среднем еше в 100 раз ярче; слабейшая же из известных галактик - карликов сравнимы с обычными шаровыми звездными скоплениями в нашей галактике. Их светимость составляет около 10 светимости солнца.
Размеры галактик весьма разнообразны и колеблются от десятков парсек до десятков тысяч парсек.
Пространство между галактиками, особенно внутри скоплений галактик, по-видимому, содержит иногда космическую пыль. Радиотелескопы не обнаруживают в них ощутимого количества нейтрального водорода, но космические лучи, пронизывают его насквозь так же, как и в электромагнитное излучение.
Известно около 1.5 тысяч ярких галактик (до 13-ой звездной величины). В "Морфологическом каталоге галактик" (который состоит из четырех томов),
составленном еще в СССР (публикация окончена в 1968 году), содержатся сведения о 30 тысячах галактик ярче 15 звездной величины. Они охватывают 3/4 всего неба. 5 - метровому телескопу доступно несколько миллиардов галактик до 21 - звездной величины. Такие галактики отличаются от слабейших звезд лишь легкой размытостью изображения.
Галактика состоит из множества звезд различных типов, а также звездных скоплений и ассоциаций, газовых и пылевых туманностей и отдельных атомов и частиц, рассеянных в межзвездном пространстве. Большая часть их занимает об"ем линзообразной формы поперечником около 30 и толщиной около 4 килопарсек (соответственно око- ло 100 тысяч и 12 тысяч световых лет). Меньшая часть заполняет почти сферический об"ем с радиусом около 15 килопарсек (около 50 тысяч световых лет).
Все компоненты галактики cвязаны в единую динамическую систему, вращающуюся вокруг малой оси симметрии. Земному наблюдателю, находящемуся внутри галактики, она представляется в виде Млечного Пути (отсюда и ее название - "Галактика") и всего множества отдельных звезд, видимых на небе.
Квазари — це зореподібні радіоджерела, які спостерігаються на більших віддалях (до 12 млрд світлових років).
На більш ранніх етапах еволюції Всесвіту, коли його розміри були в 3-5 разів менше нинішніх, квазарів було набагато більше, ніж зараз. У ту віддалену епоху квазарів було майже стільки ж, скільки й "нормальних" галактик. Не можна виключити гіпотезу, що тоді всі галактики були квазарами! Цей важливий висновок бідує для свого підтвердження в нових спостереженнях.
Відомо, що Всесвіт переживає зараз глобальну еволюцію. Багато мільярдів років тому галактики відносно один одного розташовувалися в більш близькому сусідстві. Але в результаті космологічного розширення Всесвіту вони стали з усе більше зростаючою швидкістю розбігатися. Згодом далекі від нас астрономічні об'єкти стають ще віддаленіше. Про розширення Всесвіту свідчать багато фактів і спостереження, у тому числі й так зване явище червоного зсуву в спектрах випромінювання спостережуваного об'єкта. Під червоним зсувом астрономи мають на увазі зменшення частоти (або довжини хвилі) випромінювання, спостережуване при збільшенні відстані джерела хвиль щодо їхнього приймача (ефект Доплера). У результаті цього ефекту спектральні лінії випромінювання далекого об'єкта виявляються зміщеними у бік червоної частини спектра в порівнянні з еталонними спектрами. Отже, чим більше відстань від нас до астрономічного об'єкта, тим більше величина червоного зсуву. Найбільший червоний зсув відзначається в спектрах випромінювання квазарів, природа яких ще повністю не з'ясована. Звичайно ця величина для далеких квазарів лежить у межах 2т3,5..
Наши дни с полным основанием называют золотым веком астрофизики - замечательные и чаще всего неожиданные открытия в мире звезд следуют сейчас одно за другим. Солнечная система стала прследнее время предметом прямых экспериментальных, а не только наблюдательных исследований. Полеты межпланетных космических станций, орбитальных лабораторий, экспедиции на Луну принесли множество новых конкретных знаний о Земле, околоземном пространстве, планетах, Солнце. Мы живем в эпоху поразительных научных открытий и великих свершений. Самые невероятные фантазии неожиданно быстро реализуются. С давних пор люди мечтали разгадать тайны Галактик, разбросанных в беспредельн ых просторах Вселенной. Приходится только поражаться, как быстро наука выдвигает различные гипотезы и тут же их опровергает. Однако астрономия не стоит на месте : появляются новые способы наблюдения, модернизируются старые. С изобретением радиотелескопов, например, астрономы могут 'заглянуть' на расстояния, которые еще в 40-x. годах ХХ столетия казались недоступными. Однако надо себе ясно представить огромную величину этого пути и те колоссальные трудности, с которыми еще предстоит встретится на пути к звездам.
V
. Додатки
1.
Кросворд
По горизонталі:
1. Рентгенівський потік.
2. Науковець XVII ст. Галілео...
3. У космосі “чорна...”
4. Одне з наймогутніших радіо джерел нашого неба.
5. Зореподібні радіо джерела.
6. Науковець, що вивчає небесні тіла.
7. Вчений, що побудував класифікацію галактик.
8. Шлях, який проходить світло.
По вертикалі:
9. Одиниця виміру галактики.
10. Галактика у перекладі з грецької.
11. Головна частина газової складової галактик.
12. Центр галактики.
13. Велика зоряна система із зірок, зоряних скупчень, пилових і газових туманностей.
14. Світна смуга, що простягається через весь небосвід “Молочний...” на нічному небі.
15.Прилад, за допомогою якого спостерігають за зірками.
2. Тести
1. Що таке галактика?
a. зверхмасивна чорна діра
b. велика зоряна система що складається із зір, зоряних скупчень, пилових і газових туманностей, розсіяного газу і пилу
c. зореподібні радіоджерела, які спостерігаються на великих відстаннях (до 12 млрд світлових років)
d. скупчення газу і пилу
2. Вік галактик:
a. 5 тис. років
b. 100 тис. років
c. 1 млн років
d. 10 млрд років
3. Яких типів галактик не існує:
a. спіральні
b. еліптичні
c. циліндричні
d. неправильні
4. Що таке радіогалактика:
3. Питання
V
І. ЛІТЕРАТУРА
1. Арзуманян “Небо. Звёзды. Вселенная” Москва. 1987 г.
2. Воронцов Б.А. “Очерки о Вселенной” Москва. 1976 г.
3. Зигель Ф.Ю. “Сокровища звёздного неба” Москва. 1976 г.
4. Климишин И.А. “Астрономия наших дней” Москва. 1980
5. Агекян Т.А. “Звёзды. Галактики. Метагалактики” Москва. 1982г.
6. Чихевский А.А. “ Земное