Рождение и эволюция галлактик

Введение 

Вселенная - извечная загадка  бытия. Манящая тайна навсегда. Ибо  нет конца у познания. Есть лишь непрерывное преодоление границ неведомого. Но как только сделан этот шаг - открываются новые горизонты. А за ними - новые тайны. Так было - так будет. Особенно в познании Космоса - бесконечного, вечного, неисчерпаемого. 

Тысячелетиями пытливое человечество обращало свои взгляды на окружающий мир, стремилось постигнуть его, вырваться за пределы микромира в макромир.

Величественная картина небесного  купола, усеянного мириадами звезд, с незапамятных звезд волновала ум и воображение ученых, поэтов, каждого живущего на Земле и зачарованного любующегося торжественной и чудной картиной.

Процесс эволюции Вселенной происходит очень медленно. Ведь Вселенная во много раз старше астрономии и  вообще человеческой культуры. Зарождение и эволюция жизни на земле является лишь ничтожным звеном в эволюции Вселенной. И всё же исследования, проведенные в нашем веке, приоткрыли занавес, закрывающий от нас далекое прошлое. 

Вопрос об устройстве Мироздания неотделим от вопроса о его происхождении. Человека во все времена волновало, откуда взялся этот мир и каковы основные этапы его становления. По-научному такие идеи именуются космогонией (учением о происхождении Космоса) - в отличие от космологии (науки о строении Вселенной). Хотя в нынешнем ее понимании космология включает в себя проблемы космогонии, причем как важнейшую составную часть. В донаучном прошлом вопрос о начале начал (как, впрочем, и о грядущем конце) относился к тайному эзотерическому знанию. В представлении различных народов конкретная картина эволюции Вселенной рисовалась по-разному. Но, по аналогии с жизненными процессами, здесь обязательно присутствовал момент рождения, а в перспективе со страхом ожидалась неизбежная смерть. 

1.РОЖДЕНИЕ ВСЕЛЕННОЙ

Еще на заре цивилизации, когда пытливый человеческий ум обратился к заоблачным высотам, великие философы мыслили свое представление о Вселенной, как о чем-то бесконечном. Древнегреческий философ Анаксимандр (VI в. до н.э.) ввел представление о некой единой беспредельности, не обладавшей никакими привычными наблюдениями, качествами, первооснове всего – апейроне.

Стихии мыслились сначала как  полуматериальные, полубожественные, одухотворенные субстанции. Представление о чисто-материальной основе всего сущего в древнегреческой основе достигли своей вершины в учении атомистов Левкиппа и Демокрита (V-IV в.в. до н.э.) о Вселенной, состоящей из бескачественных атомов и пустоты.

Древнегреческим философам принадлежит  ряд гениальных догадок об устройстве Вселенной. Анаксимандр высказал идею изолированности Земли, в пространстве. Эйлалай первым описал пифагорейскую систему мира, где Земля как и Солнце обращались вокруг некоего «гигантского огня». Шарообразность Земли утверждал другой пифагореец Парменид (VI-V в.в. до н.э.) Гераклид Понтийский (V-IV в до н.э.) утверждал так же ее вращение вокруг своей оси и донес до греков еще более древнюю идею египтян о том, что само солнце может служить центром вращение некоторых планет (Венера, Меркурий).

Детально разработанной теории возникновения и эволюции галактик" пока нет. Однако основные представления об этом процессе вырисовываются все отчетливее.

Современные астрономические наблюдения свидетельствуют о том, что началом Вселенной, приблизительно десять миллиардов лет назад, был гигантский огненный шар, раскаленный и плотный. Его состав весьма прост. 
Этот огненный шар был настолько раскален, что состоял лишь из свободных элементарных частиц, которые стремительно двигались, сталкиваясь друг с другом.

На протяжении десяти миллиардов лет  после “большого взрыва” простейшее бесформенное вещество постепенно превращалось в атомы, молекулы, кристаллы, породы, планеты. Рождались звезды, системы, состоящие из огромного количества элементарных частиц с весьма простой организацией.

Вселенная постоянно расширяется. Тот момент, с которого Вселенная начала расширятся, принято считать ее началом. Тогда началась первая и полная драматизма эра в истории вселенной, ее называют  “большим взрывом” или английским термином Big Bang.

   Под расширением Вселенной подразумевается такой процесс, когда то же самое  количество элементарных частиц и фотонов занимают постоянно возрастающий объем. Средняя плотность Вселенной в результате расширения постепенно понижается. Из этого следует, что в прошлом Плотность Вселенной была больше, чем в настоящее время. Можно предположить, что в глубокой древности (примерно десять миллиардов лет назад) плотность Вселенной была очень большой. Кроме того высокой должна была быть и температура, настолько высокой, что плотность излучения превышала плотность вещества. Иначе говоря энергия всех фотонов содержащихся в 1 куб. см была больше суммы общей энергии частиц, содержащихся в 1 куб. см. На самом раннем этапе, в первые мгновения “большого взрыва” вся материя была сильно раскаленной  и густой смесью частиц, античастиц и высокоэнергичных гамма-фотонов. Частицы при столкновении с соответствующими античастицами аннигилировали, но  возникающие гамма-фотоны моментально материализовались в частицы и античастицы.

«Большой взрыв» продолжался  сравнительно недолго, всего лишь одну тридцатитысячную нынешнего возраста Вселенной. Несмотря на краткость срока, это всё же была самая славная эра Вселенной. Никогда после этого эволюция Вселенной не была столь стремительна, как в самом её начале, во время «Большого взрыва». Все события во Вселенной в тот период касались свободных элементарных частиц, их превращений, рождения, распада, аннигиляции. Не следует забывать, что в столь короткое время (всего лишь несколько секунд) из богатого разнообразия видов элементарных частиц исчезли почти все: одни путем аннигиляции (превращение в гамма-фотоны), иные путем распада на самые легкие барионы (протоны) и на самые легкие заряженные лептоны (электроны).

В момент, который был  назван «Большим взрывом», плотность  Вселенной была равна 1000 000 г/м³, а температура равнялась 10³² степени градусов К. Этот момент был назван точкой сингулярности, то есть была точка, было начало, возникла масса, абсолютное пространство и все законы, которым сейчас подчиняется Вселенная. После «Большого взрыва» наступила продолжительная эра вещества, эпоха преобладания частиц. Мы называем её звездной эрой. Она продолжается со времени завершения «Большого взрыва» (приблизительно 300 000 лет) до наших дней. По сравнению с периодом «Большого взрыва» её развитие представляется как будто замедленным. Это происходит по причине низкой плотности и температуры. Взрыв суперновой, или гигантский взрыв галактики - ничтожные явления в сравнении с большим взрывом.

Если исходить из фактов, то теория «Большого взрыва» кажется  очень убедительной, но так как мы до сих пор не знаем, что же было до него, это напускает немного тумана на эту проблему. Но все-таки наука продвинулась гораздо дальше, чем это было раньше и как любая революционная теория, теория «Большого взрыва» дает хороший толчок развитию научной мысли.

1.1Строение Галактик и Вселенной

Звезды во Вселенной объединены в гигантские Звездные системы, называемые галактиками. Звездная система. В составе  которой, как рядовая звезда находится  наше Солнце, называется Галактикой.

Число звезд в галактике порядка 1012 (триллиона). Млечный путь, светлая  серебристая полоса звезд опоясывает всё небо, составляя основную часть нашей Галактики. Млечный путь наиболее ярок в созвездии Стрельца, где находятся самые мощные облака звезд. Наименее ярок он в противоположной части неба. Из этого нетрудно вывести заключение, что солнечная система не находится в центре Галактики, который от нас виден в направлении созвездия Стрельца. Чем дальше от плоскости Млечного Пути, тем меньше там слабых звезд и тем менее далеко в этих направлениях тянется звездная система.

Наша Галактика занимает пространство, напоминающее линзу или чечевицу, если смотреть на нее сбоку. Размеры  Галактики были намечены по расположению звезд, которые видны на больших  расстояниях. Это цефиды и горячие  гиганты. 
Диаметр Галактики примерно равен 3000 пк (Парсек (пк) – расстояние, с которым большая полуось земной орбиты, перпендикулярная лучу зрения, видна под углом в 1”. 1 Парсек = 3,26 светового года = 206265 а.е. = 3*1013 км.) или 100000 световых лет (световой год – расстояние пройденное светом в течении года), но четкой границы у нее нет, потому что звездная плотность постепенно сходит на нет.

В центре галактики расположено  ядро диаметром 1000-2000 пк – гигантское уплотненное скопление звезд. Оно находится от нас на расстоянии почти 10000 пк (30000 световых лет) в направлении созвездия Стрельца, но почти целиком скрыто плотной завесой облаков, что препятствует визуальным и фотографическим обычным наблюдениям этого интереснейшего объекта Галактики. 
В состав ядра входит много красных гигантов и короткопериодических цефид.

Звезды верхней части главной  последовательности, а особенно сверхгиганты и классические цефиды, составляют более молодое население. Оно  располагается дальше от центра и  образует сравнительно тонкий слой или  диск. Среди звезд этого диска  находится пылевая материя и  облака газа. 
Субкарлики и гиганты образуют вокруг ядра и диска Галактики сферическую систему.

Масса нашей галактики оценивается  сейчас разными способами, равна 
2*1011 масс Солнца (масса Солнца равна 2*1030 кг.) причем 1/1000 ее заключена в межзвездном газе и пыли. Масса Галактики в Андромеде почти такова же, а масса Галактики в Треугольнике оценивается в 20 раз меньше. 
Поперечник нашей галактики составляет 100000 световых лет. Путем кропотливой работы московский астрономом В.В. Кукарин в 1944 г. нашел указания на спиральную структуру галактики, причем оказалось, что мы живем между двумя спиральными ветвями, бедном звездами.

Существует два вида звездных скоплений: рассеянные и шаровые. 
Рассеянные скопления состоят обычно из десятков или сотен звезд главной последовательности и сверхгигантов со слабой концентрацией к центру.

Шаровые скопления состоят из десятков или сотен звезд главной последовательности и красных гигантов. Иногда они содержат короткопериодические цефеиды. Размер рассеянных скоплений – несколько парсек. Пример их скопления Глады и Плеяды в созвездии Тельца. Размер шаровых скоплений с сильной концентрацией звезд к центру – десяток парсек. 
Известно более 100 шаровых и сотни рассеянных скоплений, но в Галактике последних должно быть десятки тысяч.

Кроме звезд в состав Галактики  входит еще рассеянная материя, чрезвычайно рассеянное вещество, состоящее из межзвездного газа и пыли. Оно образует туманности. Туманности бывают диффузными (клочковатой формы) и планетарными. Светлые они от того, что их освещают близлежащие звезды. 
Пример: газопылевая туманность в созвездии Ориона и темная пылевая туманность Конская голова.

1.2Метод классификации  галактик

Эдвин Пауэлла Хаббл (1889-1953), выдающийся американский астроном –  наблюдатель, избрал самый простой метод классификации галактик по внешнему виду. И нужно сказать, что хотя в последствии другими выдающимися исследователями были внесены разумные предположения по классификации, первоначальная система, выведенная Хабблом, по-прежнему остаётся основой классификации галактик. В 20-30 гг. XX века Хаббл разработал основы структурной классификации галактик - гигантских звездных систем, согласно которой различают три класса галактик:

1. Эллиптические – обозначаемые  Е (elliptical);

2. Спиральные (Spiral);

3. Неправильные – обозначаемые (irregular).

  1.Эллиптические галактики внешне невыразительные. Они имеют вид гладких эллипсов или кругов с постепенным круговым уменьшением яркости от центра к периферии. Ни каких дополнительных частей у них нет, потому что 
Эллиптические галактики состоят из второго типа звездного населения. Они построены из звезд красных и желтых гигантов, красных и желтых карликов и некоторого количества белых звезд не очень высокой светлости. Отсутствуют бело-голубые сверхгиганты и гиганты, группировки которых можно наблюдать в виде ярких сгустков, придающих структурность системе, нет пылевой материи которая, в тех галактиках, где она имеется, создаёт темные полосы, оттеняющие форму звездной системы.

Внешне эллиптические галактики  отличаются друг от друга в основном одной чертой – большим или  меньшим сжатием (NGG и 636, NGC 4406, NGC 3115 и др.)

    2.Спиральные галактики «spiral» - характерны двумя сравнительно яркими ветвями, расположенными по спирали. Ветви выходят либо из яркого ядра (обозначаются - S), либо из концов светлой перемычки, пересекающей ядро (обозначаются - SB).

Спиральные галактики  являются, может быть, даже самыми живописными объектами во Вселенной. У эллиптических галактик внешний вид говорит о статичности, стационарности. Спиральные галактики наоборот являют собой пример динамики формы. Их красивые ветви, выходящие из центрального ядра и как бы теряющие очертания за пределами галактики, указывает на мощное стремительное движение. Поражает также многообразие форм и рисунков ветвей. Как правило, у галактики имеются две спиральные ветви, берущие начало в противоположных точках ядра, развивающиеся сходным симметричным образом и теряющиеся в противоположных областях периферии, галактики. Однако известны примеры большего, чем двух числа спиральных ветвей в галактике. В других случаях спирали две, но они неравны - одна значительно более развита, чем вторая. В спиральных галактиках поглощающее свет пылевое вещество имеется в большем количестве. Оно составляет от нескольких тысячных до сотой доли полной их массы. Вследствие концентрации пылевого вещества к экваториальной плоскости, оно образует темную полосу у галактик, повернутых к нам ребром и имеющих вид веретена.

По степени клочковатости  ветвей спиральные галактики разделяются на подтипы A, B, C. У первых из них - ветви аморфны, у вторых - несколько клочковаты, у третьих - очень клочковаты, а ядро всегда неярко и мало.

Представитель - галактика  М82 в созвездии Б. Медведицы, не имеет  четких очертаний, и состоит в основном из горячих голубых звезд и разогретых ими газовых облаков. М82 находится от нас на расстоянии 6.5 миллионов световых лет. Возможно, около миллиона лет тому назад в центральной ее части произошел мощный взрыв, в результате которого она приобрела сегодняшнюю форму.

Спиральная галактика  М51 в созвездии Гончих Псов - одна из самых удивительных спиральных звездных систем. Расстояние до них составляет около 8 миллионов световых лет. Утолщение на конце спиральной ветви - это самостоятельная неправильная галактика. Отдельные яркие звезды находятся в нашей галактике.

3.Иррегулярные (неправильные) «irregular» (обозначаются - I) - обладающие неправильными формами.

Перечисленные до сих пор  типы галактик характеризовались симметричностью  форм определенным характером рисунка. Но встречаются большое число  галактик неправильной формы. Без какой-либо закономерности структурного строения.

Неправильная форма у  галактики может быть, вследствие того, что она не успела принять  правильной формы из-за малой плотности  в ней материи или из-за молодого возраста. Есть и другая возможность: галактика может стать неправильной вследствие искажения формы в результате взаимодействия с другой галактикой. По-видимому, эти оба случая встречаются среди неправильных галактик, и может быть с этим связанно разделение неправильных галактик на 2 подтипа.

Подтип I_I характеризуется сравнительно высокой поверхностью, яркостью и сложностью неправильной структуры. Французский астроном Вакулер в некоторых галактиках этого подтипа, например, Магеллановых облаках, обнаружил признаки спиральной разрушенной структуры.

Неправильные галактики  другого подтипа обозначаемого I_II, отличаются очень низкой поверхностью и яркостью. Эта черта выделяет их из среды галактик всех других типов. В то же время она препятствует обнаружению этих галактик, вследствие чего удалось выявить только несколько галактик подтипа I_II расположенных сравнительно близко (галактика в созвездии Льва).

Представители - Большое  Магелланово Облако находится на расстоянии 165000 световых лет и, таким  образом, является ближайшей к нам  галактикой сравнительно небольшого размера, рядом с ней расположена галактика поменьше - Малое Магелланово Облако. Обе они - спутники нашей галактики.

Не вращающаяся звездная система  по истечении некоторого срока должна принять форму шара. Такой вывод следует из теоретических исследований. Он подтверждается на примере шаровых скоплений, которые вращаются и имеют шарообразную форму.

Если же звездная система сплюснута, то это означает, что она вращается. 
Следовательно, должны вращаться и эллиптические галактики, за исключением тех, из них, которые шарообразны, не имеют сжатия. Вращение происходит вокруг оси, которая перпендикулярна главной плоскости симметрии. Галактика сжата вдоль оси своего вращения. Впервые вращение галактик обнаружил в 1914 г. американский астроном Слайфер.

2.Эволюция вселенной

Казалось бы, фактически наблюдаемая разнотипность галактик вступает в прямое противоречие с предложенной нами схемой их образования в результате поэтапной фрагментации протогалактических туманностей на шаровые скопления и звезды водородно-гелиевого состава. В соответствии с такой схемой все галактики должны быть эллиптическими и никаких других типов галактик во Вселенной быть не должно. В действительности оно так и было: каждая из сформировавшихся галактик первоначально имела классическую эллиптическую форму той или иной степени сплюснутости, состояла из многочисленных шаровых скоплений, заполненных сотнями тысяч и даже миллионами молодых водородно-гелиевых звезд. Но характер силового противоборства вещества и эфира таков, что состояние всех объектов Вселенной находится не только в непрерывном движении, но и в столь же непрерывном изменении. Образовавшиеся первоначально эллиптические галактики не составляют в этом отношении никакого исключения. Их естественная эволюция состоит в закономерном перерождении бесплодной по своей природе многоэлементной стадии существования вещества в форме эллиптических галактик в животворную тяжелоэлементную стадию существования в форме спиральных галактик. И происходит это следующим образом.

Обособившаяся в самостоятельное  образование эллиптическая галактика, системное единство которой обеспечивается заполняющим и окружающим ее непрерывном эфиром, испытывает с его стороны постоянное гравитационное давление. Под воздействием этого давления находящиеся в наиболее сложных гравитационных условиях звезды центрального шарового скопления последовательно объединяются в один сверхмассивный объект – ядро эллиптической галактики. Упаковав, таким образом, звезды центрального скопления в единое тело, гравитационная энергия аналогичным образом “заталкивала” туда звезды близлежащего к центру первого слоя шаровых скоплений, затем второго и нескольких последующих. В результате сверхмассивность ядра галактики достигает такой величины, что возникающие в его недрах давления эфира становятся способными обеспечить формирование всех возможных в природе вещества атомов химических элементов, включая радиоактивные. Появление в составе ядра галактики радиоактивных элементов существенно меняет весь характер протекающих в нем энергетических процессов. Легкие элементы (вплоть до железа) образуются в результате добровольного объединения еще более легких элементов. Для этого надо, чтобы существовали благоприятные физические условия для их встречи между собой. Такие условия (достаточные для этого температуры и плотности вещества) возникают уже в недрах обычных звезд. Именно по этой причине водородно-гелиевая смесь звезд первого поколения эллиптических галактик постепенно перерабатывается из легчайших в легкие элементы (вплоть до железа). С учетом колоссальной массивности ядра эллиптической галактики, исчисляемой миллиардами звездных масс, выделяющаяся при радиоактивном распаде кинетическая энергия движения продуктов распада оказывается надолго заточенной в его сверхуплотненных недрах. Но всему есть предел. В конце концов, этой избыточной внутренней энергии ядра становится настолько много, что она преодолевает давление внешних слоев и вырывается наружу. Поскольку весьма массивное и весьма компактное ядро по обыкновению обладает стремительным вращением, а сверхплотное и сверхтемпературное вещество ядра находится в плазменном состоянии, вся эта перенасыщенная различными видами энергии конструкция обладает в том числе и мощнейшим магнитным полем. Под воздействием этого поля выбрасываемая радиоактивной энергией из недр ядра плазма, в составе которой в изобилии содержатся ионы всевозможных химических элементов и свободные электроны, приобретает высокоскоростное движение в двух противоположных направлениях. Так начинается судьбоносное для дальнейшего развития Вселенной перерождение той или иной эллиптической галактики в спиральную. То, что к настоящему времени на долю эллиптических галактик приходится всего лишь 26% всех наблюдаемых во Вселенной галактических миров означает, что практически на три четверти этот процесс уже завершился. Выброшенные из недр галактического ядра облака газопылевой смеси быстро остывают и становятся оптически невидимыми ветвями будущей спиральной галактики. Наиболее легкие из выброшенных частиц свободные электроны, разогнанные магнитным полем ядра до релятивистских скоростей, становятся естественным продолжением этих газопылевых ветвей, простирающимся далеко за пределы звездного мира галактики. Мощное магнитное поле не только направляет поступательное движение электронов, но и ориентирует их так, чтобы оси их вихревого вращения находились строго параллельно друг другу. Энергетическое взаимодействие упорядоченных таким образом потоков электронов между собой приводит к образованию сильно поляризованного синхротронного радиоизлучения. Протянувшиеся на миллионы световых лет электронные ветви превращаются в своеобразные радиоантенны. Для внешнего наблюдателя все это и представляет собой типичную радиогалактику.

По мере затухания активных энергетических процессов в ядре его блеск ослабевает, оно перестает быть квазаром, и старые водородно-гелиевые звезды эллиптической галактики вновь становятся оптически видимыми. Одновременно с этим под воздействием гравитационной энергии эфира, выброшенные из ядра облака газа и пли начинают уплотняться и, достигнув звездной стадии, становятся оптически видимыми объектами. Таким образом, в бывшей эллиптической галактике протекает сразу несколько параллельных процессов: затухание энергетической активности ядра; рождение в двух противоположно выброшенных ветвях тяжелоэлементных звезд нового поколения; последовательное ослабевание мощности и рассинхронизация радиоизлучения, сопровождающиеся возникновением в радио ветвях немых участков. В связи с этим перерождающаяся эллиптическая галактика сначала принимает вид галактики Сейферт 2, характеризующейся еще достаточно сильным радиоизлучением, но пока что слабой светимостью спиральных ветвей, а затем преобразуется в галактику типа Сейферт 1, в которой синхротронное излучение становится еле заметным, а оптическая светимость ветвей, наоборот, все более ощутимой.

Ну и наконец, когда  синхротронное излучение совсем пропадает, а количество молодых  звезд в отходящих от ядра ветвях становится достаточно большим, перерождение эллиптической галактики в спиральную можно считать практически завершенным. Дальнейшая ее Эволюция происходит в рамках спиральной стадии существования и состоит в последовательном росте числа тяжело элементных звезд и постепенном закручивании отходящих от ядра ветвей в живописную спираль. Кстати, по закрученности ветвей можно судить с той или иной точностью о времени существования галактики в спиральной стадии.

Такова естественно-физическая природа происхождения всех тех  многочисленных звездных миров, которые наблюдаются нами с земли современными астрономическими приборами

Заключение

Вселенная бесконечна во времени  и пространстве. Каждая частичка вселенной имеет свое начало и конец, как во времени, так и в пространстве, но вся Вселенная бесконечна и вечна, так как она является вечно самодвижущейся материей.

Вселенная - это всё существующее. От мельчайших пылинок и атомов до огромных скоплений вещества звездных миров и звездных систем. Поэтому не будет ошибкой сказать, что любая наука, так или иначе, изучает Вселенную, точнее, те или иные её стороны.

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 последнее 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 беспредельных 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 встретиться на пути к звездам.

Список литературы

1. Левитан С.П. «Астрономия» – Москва: «Просвещение», 1994.
2. И. С. Шкловский. Звезды: их рождение, жизнь и смерть
3. Ю. Н. Ефремов. В глубины Вселенной
4. И.Д. Новиков «Эволюция Вселенной», М. 1983 г.
5. В. Демин. «Тайны вселенной»,М.: «Вече».1997г.
6. Стрелков В. Г. Физика и логика эфирной вселенной. – М., 2000.