Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

25.6: Формування Галактики

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    78227

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Цілі навчання

    До кінця цього розділу ви зможете:

    • Опишіть ролі, які грає крах єдиної хмари і злиття з іншими галактиками в будівництві Галактики Чумацький Шлях, яку ми бачимо сьогодні.
    • Наведіть приклади кулястих скупчень і супутникових галактик, які постраждали від сильної гравітації Чумацького Шляху.

    Інформація про зоряні популяції має життєво важливі підказки про те, як наша Галактика була побудована з плином часу. Форма сплющеного диска Галактики говорить про те, що вона утворилася за допомогою процесу, подібного до того, який призводить до утворення протозірки (див. Народження зірок і Відкриття планет поза Сонячною системою). Спираючись на цю ідею, астрономи вперше розробили моделі, які припускали, що Галактика утворилася з єдиного обертового хмари. Але, як ми побачимо, це виявляється лише частиною історії.

    Протогалактична хмара та модель монолітного колапсу

    Оскільки найдавніші зірки - ті, що знаходяться в ореолі та в кулястих кластерах - розподілені в сфері, зосередженій на ядрі Галактики, має сенс припустити, що протогалактична хмара, яка народила нашу Галактику, була приблизно сферичною. Найстаріші зірки в ореолі мають вік від 12 до 13 мільярдів років, тому ми вважаємо, що формування Галактики почалося приблизно так давно. (Дивіться главу про Великий вибух для інших доказів того, що галактики взагалі почали формуватися трохи більше 13 мільярдів років тому.) Потім, так само, як і у випадку з зіркоутворенням, протогалактична хмара зруйнувалася і утворила тонкий обертовий диск. Зірки, народжені до того, як звалилася хмара, не брали участі в колапсі, але продовжували виходити на орбіту в ореолі до наших днів (рис.\(\PageIndex{1}\)).

    альт
    Малюнок Модель\(\PageIndex{1}\) монолітного колапсу для формування галактики. Згідно з цією моделлю, Галактика Чумацького Шляху спочатку утворилася з обертового хмари газу, яке звалилося через гравітацію. Ореол зірки і кулясті скупчення або утворилися до колапсу, або утворилися в іншому місці. Зірки в диску утворилися пізніше, коли газ, з якого вони виготовлялися, вже був «забруднений» важкими елементами, виробленими в більш ранніх поколіннях зірок.

    Гравітаційні сили змусили газ у тонкому диску фрагментуватися на хмари або скупчення з масами, подібними до зоряних скупчень. Ці окремі хмари потім роздроблені далі, утворюючи зірки. Оскільки найстаріші зірки на диску майже такі ж старі, як наймолодші зірки в ореолі, крах, мабуть, був швидким (астрономічно кажучи), вимагаючи, можливо, не більше кількох сотень мільйонів років.

    Жертви зіткнень та модель багаторазового злиття

    У минулі десятиліття астрономи дізналися, що еволюція Галактики не була такою мирною, як передбачає ця модель монолітного колапсу. У 1994 році астрономи виявили невелику нову галактику в напрямку сузір'я Стрільця. Карликова галактика Стрільця в даний час знаходиться на відстані приблизно 70 000 світлових років від Землі і 50 000 світлових років від центру Галактики. Це найближча відома галактика (рис.\(\PageIndex{2}\)). Він дуже витягнутий, і його форма вказує на те, що його розривають гравітаційні припливи нашої Галактики - так само, як комета Шумейкер-Леві 9 була розірвана, коли вона пройшла занадто близько до Юпітера в 1992 році.

    Галактика Стрільця набагато менша за Чумацький Шлях, лише близько 150 000 зірок, всім з яких, здається, судилося опинитися в опуклості та ореолі нашої власної Галактики. Але ще не звучіть похоронні дзвони для маленької галактики; проковтування карлика Стрільця займе ще 100 мільйонів років або близько того, і самі зірки виживуть.

    альт
    Малюнок\(\PageIndex{2}\) Стрілець Карлик. У 1994 році британські астрономи виявили галактику в сузір'ї Стрільця, розташовану всього приблизно в 50 000 світлових років від центру Чумацького Шляху і потрапляє в нашу Галактику. Це зображення охоплює область приблизно 70° × 50° і поєднує чорно-білий вигляд диска нашої Галактики з червоною контурною картою, що показує яскравість карликової галактики. Карликова галактика лежить на іншій стороні галактичного центру від нас. Білі зірки в червоній області позначають місця розташування декількох кулястих скупчень, що містяться в карликовій галактиці Стрільця. Хрест позначає галактичний центр. Горизонтальна лінія відповідає галактичної площині. Синій контур по обидва боки галактичної площини відповідає інфрачервоному зображенню на малюнку\(25.1.6\) в розділі 25.1. У коробках відзначаються регіони, де детальні дослідження окремих зірок призвели до відкриття цієї галактики.

    З моменту цього відкриття було знайдено докази для багатьох більш близьких зустрічей між нашою Галактикою та іншими сусідніми галактиками. Коли маленька галактика заходить занадто близько, сила тяжіння, яку надає наша Галактика, тягне сильніше на ближньому боці, ніж на дальній стороні. Чистий ефект полягає в тому, що зірки, які спочатку належали малій галактиці, розкидаються в довгий потік, який обертається навколо ореолу Чумацького Шляху (рис.\(\PageIndex{3}\)).

    альт
    Малюнок\(\PageIndex{3}\) Потоки в Галактичному Гало. Коли маленька галактика поглинається Чумацьким Шляхом, її членські зірки позбавляються і утворюють потоки зірок в галактичному гало. Це зображення засноване на розрахунках того, як можуть виглядати деякі з цих приливних потоків, якби Чумацький Шлях проковтнув 50 карликових галактик за останні 10 мільярдів років.

    Такий приливний потік може зберігати свою ідентичність протягом мільярдів років. На сьогоднішній день астрономи зараз ідентифікували потоки, що походять з 12 малих галактик, які ризикнули занадто близько до набагато більшого Чумацького Шляху. Ще шість потоків пов'язані з кулястими скупченнями. Було висловлено припущення, що великі кулясті скупчення, як Омега Центавра, насправді є щільними ядрами канібалізованих карликових галактик. Зараз вважається, що кулясте скупчення М54 є ядром карлика Стрільця, про який ми говорили раніше, який в даний час зливається з Чумацьким Шляхом (рис.\(\PageIndex{4}\)). Зірки в зовнішніх областях таких галактик позбавлені гравітаційної тяги Чумацького Шляху, але центральні щільні області можуть вижити.

    альт
    Малюнок\(\PageIndex{4}\) кулясте скупчення М54. Це прекрасне зображення космічного телескопа Хаббла показує кулясте скупчення, яке зараз вважається ядром Галактики Карликів Стрільця.

    Розрахунки свідчать про те, що товстий диск Галактики може бути продуктом одного або декількох таких зіткнень з іншими галактиками. Зростання супутникової галактики порушить орбіти зірок і газових хмар спочатку в тонкому диску і змусить їх рухатися вище і нижче середньої площини Галактики. Тим часом зірки Галактики додадуть до розпушеної суміші. Якби таке зіткнення сталося близько 10 мільярдів років тому, то будь-який газ в двох галактиках, який ще не сформувався в зірки, мав би достатньо часу, щоб знову оселитися в тонкий диск. Потім газ міг би почати формувати наступні покоління населення I зірок. Цей час також узгоджується з типовими віками зірок у товстому диску.

    Чумацький Шлях має більше зіткнень в магазині. Прикладом може служити карликова галактика Canis Major, яка має масу близько 1% від маси Чумацького Шляху. З цієї галактики були позбавлені вже довгих приливних хвостів, які тричі оберталися навколо Чумацького Шляху. Деякі кулясті скупчення, знайдені в Чумацькому Шляху, можливо, також походять від карлика Canis Major, який, як очікується, поступово зливатиметься з Чумацьким Шляхом протягом приблизно наступного мільярда років.

    Приблизно через 3 мільярди років сам Чумацький Шлях буде поглинутий, так як він і галактика Андромеди знаходяться на курсі зіткнення. Наші комп'ютерні моделі показують, що після складної взаємодії вони об'єднаються, утворюючи більшу, більш округлу галактику (рис.\(\PageIndex{5}\)).

    альт
    Малюнок\(\PageIndex{5}\) Зіткнення Чумацького Шляху з Андромедою. Приблизно через 3 мільярди років Галактика Чумацький Шлях і Галактика Андромеди розпочнуть довгий процес зіткнення, відокремлення, а потім повернутися разом, щоб сформувати еліптичну галактику. Вся взаємодія займе від 3 до 4 мільярдів років. Ці зображення показують наступну послідовність: (1) Через 3,75 мільярда років Андромеда наблизилася до Чумацького Шляху. (2) Нове утворення зірок заповнює небо через 3,85 мільярда років. (3) Формування зірок триває через 3,9 мільярда років. (4) Форми галактик змінюються під час взаємодії, при цьому Андромеда розтягується, а наша Галактика стає викривленою, приблизно через 4 мільярди років. (5) Через 5,1 мільярда років ядра двох галактик є яскравими частками. (6) Через 7 мільярдів років об'єднані галактики утворюють величезну еліптичну галактику, яскравість якої заповнює нічне небо. Ілюстрації цього художника показують події з точки зору 25 000 світлових років від центру Чумацького Шляху. Однак слід зазначити, що Сонце може не перебувати на такій відстані протягом усієї послідовності подій, оскільки зіткнення регулює орбіти багатьох зірок у кожній галактиці.

    Таким чином, ми усвідомлюємо, що «впливи навколишнього середовища» (а не лише оригінальні характеристики галактики) відіграють важливу роль у визначенні властивостей та розвитку нашої Галактики. У майбутніх розділах ми побачимо, що зіткнення та злиття є головним фактором еволюції багатьох інших галактик.

    Резюме

    Галактика почала формуватися трохи більше 13 мільярдів років тому. Моделі припускають, що зірки в ореолі і кулясті скупчення утворилися першими, в той час як Галактика була кулястою. Газ, дещо збагачений важкими елементами першим поколінням зірок, потім звалився від сферичного розподілу до обертового дископодібного розподілу. Зірки все ще утворюються сьогодні з газу і пилу, які залишаються в диску. Зіроутворення найбільш швидко відбувається в спіральних плечах, де щільність міжзоряної речовини найвища. Галактика захопила (і досі захоплює) додаткові зірки і кулясті скупчення з малих галактик, які ризикнули занадто близько до Чумацького Шляху. Через 3 - 4 мільярди років Галактика почне стикатися з галактикою Андромеди, і приблизно через 7 мільярдів років дві галактики об'єднаються, утворюючи гігантську еліптичну галактику.