Галактики. Сурдин В.Г.

Галактики. Рассказано об истории открытия галактик, об их основных типах и системах классификации. Даны основы динамики звездных систем. Подробно описаны ближайшие к нам галактические окрестности и работы по глобальному изучению Галактики. Приведены данные о различных типах населений галактик — звездах, межзвездной среде и темной материи. Описаны особенности активных галактик и квазаров, а также эволюция взглядов на происхождение галактик.
Книга ориентирована на студентов младших курсов естественно-научных факультетов университетов и специалистов смежных областей науки.

Галактики. Сурдин В.Г.

Описание учебника

гТлава ЗВЕЗДЫ, ГАЛАКТИКИ,
ВСЕЛЕННАЯ
В. Г. Сурдин
1.1. Всё не так
Среди множества астрономических терминов есть слова, почти не известные широкой публике: альмукантарат, пиргелиометр, сидеростат… Но некоторые астрономические слова прочно вошли в повседневный обиход и стали обыденными: звезда, галактика, вселенная… Постоянно мы слышим о звездах эстрады и мирового хоккея, регулярно заходим в киноцентр «Галактика» и на сайт «Галактика знакомств», а вселенная — это в пределах географии: «Всю-то я вселенную проехал, нигде милой не нашел!» Однако тем специалистам, кто воспринимает эти слова буквально, приходится изрядно напрягать воображение, чтобы ощутить удивительные, далекие от привычных свойства этих объектов, ибо научная работа начинается не с написания формул, а с мысленного моделирования объекта исследования.
Если вы астроном, то все добытые вами факты о звезде или галактике должны лечь в мозаику того их образа, который постоянно стоит перед вашим мысленным взором. По мере изучения объекта его образ становится всё более осязаемым, и вот вы уже можете дать прогноз, каких элементов не хватает в вашей мозаике, т. е. каких еще явлений можно ожидать от изучаемого объекта. Когда наблюдения подтверждают эту догадку, вы ощущаете наивысшую радость от научной работы. И печально, если прогноз не оправдывается: значит, интуиция вас подвела, и мысленный образ объекта был неверен. У каждого специалиста в голове свои «модели». В ходе исследований мы вживаемся в предмет своего интереса, независимо от того, галактика это или муравей. Мы начинаем чувствовать диапазон его возможностей ровно так же, как водитель чувствует свой автомобиль, заранее зная, как тот отзовется на поворот руля или нажатие педали. Но интуиция — дочь опыта, а он всегда ограничен. Живя на Земле, мы с трудом представляем себе космос с его невероятно широким диапазоном физических условий.

1.3. Прошлое и будущее нашего мира
Прошлое
Эпоха инфляции (0-Ю-32 с). В результате Большого взрыва родилась наша Вселенная. Произошло ее стремительное расширение (инфляция).
Эпоха рождения сил (10″32-10~12 с). Из первоначально единого взаимодействия сначала выделилось сильное ядерное, а затем электрослабое распалось на электромагнитную и слабую ядерную силы.
Эпоха рождения элементарных частиц (10″|2-1 с). Она объединяет в себе эпоху кварков (Ю-12-Ю-6 с), когда пространство было заполнено кварк-глюонной плазмой, и эпоху адронов (10~6-1 с), когда рождались протоны и нейтроны, а также антипротоны и антинейтроны. В конце этой эпохи большая их часть аннигилировала, а оставшиеся протоны и нейтроны (которых оказалось чуть больше, чем античастиц) входят сейчас в ядра химических элементов. Тогда же Вселенная стала прозрачной для нейтрино, которые с того момента свободно распространяются в пространстве; если мы научимся их регистрировать, то узнаем, что было во Вселенной через 1 секунду после ее рождения.
Эпоха лептонов (1-10 с). В это время температура еще настолько высока, что активно рождаются и аннигилируют лептоны и антилепто-ны (в основном электроны и позитроны). Именно в них в это время заключена основная масса Вселенной. В конце этой эпохи остаются только электроны в небольшом количестве. Далее в течение многих тысячелетий по плотности энергии во Вселенной доминирует излучение -кванты, родившиеся при аннигиляции частиц и античастиц.
Эпоха нуклеосинтеза (3-20 мин). Происходят термоядерные реакции с участием протонов и нейтронов: образуются легкие элементы — дейтерий, гелий, литий. Сложившийся тогда химический состав вещества Вселенной (около 75% водорода и 25% гелия по массе), по сути, сохранился до наших дней; звездный нуклеосинтез добавил к нему лишь около 1% более тяжелых элементов.
Эпоха остывания и зарождения структуры (до 108 лет). Почти однородная плазма, пронизанная излучением, расширяется и остывает. При этом плотность излучения падает быстрее плотности вещества (атомных ядер), и при возрасте Вселенной около 70 тыс. лет они сравниваются. Эра доминирования излучения заканчивается. Но вещество все еще ионизовано, оно активно взаимодействует с фотонами, давление которых делает вещество упругим, «не поддающимся» гравитации. Однако во Вселенной есть и другое, небарионное, вещество, которого в несколько раз больше. Это так называемое темное вещество, или темная материя. Природа его неизвестна, но мы знаем, что это вещество не взаимодействует с излучением и подчиняется только гравитации. В целом оно расширяется так же, как все остальные компоненты Вселенной, однако возникшие в период инфляции малые флуктуации плотности постепенно усиливаются под действием гравитации именно в темном веществе, не обладающем упругостью. Вселенная становится все менее и менее однородной: в ней возникают области с большей и меньшей плотностью темного вещества. Но обычное, барионное, вещество пока сохраняет высокую степень однородности.
Эпоха рекомбинации (200-400 тыс. лет). Вселенная расширяется, вещество и излучение остывают. Наконец космическая плазма охлаждается настолько, что происходит рекомбинация: электроны связываются с ядрами и образуются нейтральные атомы. У основного компонента барионного вещества — водорода — это происходит при температуре около 4000 К, у гелия — немного раньше. Когда с момента
Большого взрыва проходит около 350 тыс. лет (это соответствует красному смещению z«1100), ионизованное вещество становится нейтральным, а Вселенная становится прозрачной для излучения, которое «отделяется» от вещества. Сейчас мы регистрируем это излучение как «космическое микроволновое фоновое», короче — реликтовое излучение с температурой 7=2,725 К. Именно оно демонстрирует нам эпоху рекомбинации. Чрезвычайно малые различия в температуре этого излучения, приходящего к Земле с разных направлений (АГ/Г« Ю-5), говорят о том, что и флуктуации плотности барионного вещества накануне той эпохи были столь же малы.
Эпоха тьмы (1 млн — 150 млн лет). Остывая, барионное вещество перестает излучать свет и постепенно становится невидимым, подобно темной материи. Для глаз человека Вселенная погружается во тьму, но именно в эту эпоху она приобретает структуру: нейтральный газ, потеряв упругость, которую ранее ему обеспечивало излучение, начинает подчиняться гравитации темной материи, которая к тому моменту уже далеко не так однородна. В ней неоднородность плотности уже усилилась примерно до 1%. Темная материя начинает распадаться на отдельные волокна и облака, к которым стягивается и барионное вещество. Постепенно барионное вещество становится даже более неоднородным, чем темная материя. Причина в том, что при гравитационном сжатии любое вещество не только уплотняется, но и нагревается, отчего давление в нем растет, и это препятствует сжатию. Однако обычное вещество, в отличие от темной материи, может испускать электромагнитное излучение; при этом оно охлаждается и легче поддается гравитационному сжатию. А у темной материи такой возможности нет.

Предложения интернет-магазинов