Музыка сфер. Астрономия и математика
Шрифт:
Эллиптические галактики делятся на более или менее округлые и вытянутые — от сферических (типа E0) до крайне вытянутых (типа E7). Они обладают равномерной яркостью и внешне выглядят как балдж спиральной галактики без диска.
Эти галактики состоят из старых звёзд населения II, которые практически не содержат газа. Эллиптические галактики обычно располагаются в зонах с высокой галактической плотностью, преимущественно в центрах крупных скоплений галактик.
В настоящее время классификацию Хаббла дополняют линзовидными галактиками (типа S0), которые имеют балдж и диск, но не имеют спиральных рукавов. Они практически не содержат газа, а следовательно, состоят из старых звёзд.
Неправильные галактики — это малые галактики без балджа, имеющие неправильную форму. К этому типу относятся Магеллановы Облака.
Хаббл доказал, что галактики удалятся от нас со скоростью, пропорциональной расстоянию до них; иными словами, Вселенная расширяется.
Типы и подтипы галактик.
Слева — эллиптическая галактика М87. Справа — спиральная галактика NGC2997.
Слева — диффузная спиральная галактика NGC 1365, расположенная на расстоянии 56 млн световых лет от нас. Справа — Большое Магелланово Облако — пример неправильной галактики.
ГАЛАКТИКА В ДОМАШНИХ УСЛОВИЯХ
Эффектнее прочих выглядят спиральные галактики. Построить их модель можно в домашних условиях из подручных материалов. Налейте в круглую форму для выпечки воду и насыпьте в неё ложку очень мелкого песка или земли, просеянной через сито. Перемешав смесь ложкой, вы увидите «спиральную галактику». Этот простой эксперимент помогает увидеть, как распределяется материя при вращении и как образуются спиральные рукава.
Звёздные величины и логарифмы
Во II веке до н. э. Гиппарх Никейский первым создал метод классификации звёзд по их видимому блеску. В своём «Альмагесте» Птолемей привёл классификацию звёзд, следуя тому же критерию, что и Гиппарх, однако классификация Птолемея оказалась более популярной. Самые яркие звёзды Птолемей назвал звёздами первой величины, звёзды в два раза меньшей яркости — звёздами второй величины и так далее вплоть до шестой величины — эти звёзды едва можно различить невооружённым глазом (их можно наблюдать только на безлунном небе и в отсутствие светового загрязнения). Уильям Гершель(1738–1822) заметил, что звёзды первой величины светят в среднем в сто раз ярче, чем звёзды шестой величины.
В XIX веке Норман Роберт Погсонопределил, что отношение яркостей звёзд, различающихся на одну величину, должно быть постоянным, и создал новый, более точный метод классификации, который используется и сейчас. Он предложил шкалу, в которой разница в пять звёздных величин соответствовала разнице в яркости в 100 раз. Имеем:
1001/5=2,512.
Таким образом, отношение яркостей звёзд таково: звёзды первой величины в 2,512 раза ярче звёзд второй величины; в (2,512)2=6,31 раза ярче звёзд третьей величины; в (2,512)3=15,85 раза ярче звёзд четвёртой величины; в (2,512)5=100 раз ярче звёзд шестой величины. Иными словами, величина звёзд возрастает в арифметической прогрессии, блеск — в геометрической. Для двух звёзд величины m и m' яркость которых равна B и B' соответственно, выполняется следующее соотношение:
Используем логарифмы и получим аналогичное выражение
где достаточно принять:
Удивительно, что наши глаза воспринимают блеск звёзд в логарифмической шкале. Иными словами, если одна звезда в действительности светит в 100 раз ярче, чем другая, то нам кажется, что она блестит всего в пять раз сильнее (5=2,5 ln 100).
Современная система звёздных величин не ограничивается шестью, а очень яркие небесные тела имеют отрицательную величину. К примеру, Сириус, самая яркая звезда в Северном полушарии, имеет видимую величину в интервале от -1,44 до -1,46.
В современную шкалу звёздных величин также включаются Луна и Солнце. Видимая величина Луны равна -12,6, видимая величина Солнца 26,7. Телескоп «Хаббл» позволяет увидеть звёзды величиной до +30. Учитывая, что блеск звезды обратно пропорционален квадрату расстояния до неё, имеем:
где расстояния до звёзд выражены в парсеках.
Видимая звёздная величина и реальная яркость небесного тела — это не одно и то же. Яркая звезда, расположенная очень далеко от нас, будет казаться тусклой.
Таким образом, для сравнения блеска звёзд используется не видимая звёздная величина, а абсолютная звёздная величина. Абсолютная величина M — это звёздная величина, которую имело бы небесное тело видимой величины m, если бы располагалось на расстоянии ровно в 10 парсек от Земли. Имеем:
Таким образом, можно сравнивать абсолютные величины двух и более звёзд, так как в этом случае расстояние до них не будет иметь никакого значения.
Звёздные войны
Нельзя сказать, что Вселенная статична. Звёзды рождаются, стареют и умирают, галактики эволюционируют и взаимодействуют между собой. Поговорим о самом ярком примере их взаимодействия — о столкновениях галактик. В апреле 2008 года NASA и ESA опубликовали серию фотографий, сделанных космическим телескопом «Хаббл», на которых были запечатлены ежедневные «войны» галактик во Вселенной. Эти фотографии выглядят впечатляюще, однако следует отметить, что столкновения звёзд происходят крайне редко. Столкновения галактик, по сути, представляют собой столкновения огромных масс газа, в результате чего «коэффициент рождаемости» звёзд повышается. Недавно родившиеся и достаточно массивные звёзды развиваются быстро и через несколько миллионов лет взрываются как сверхновые. Тяжёлые элементы, образовавшиеся внутри них, разлетаются в разные стороны и обогащают газ, окружающий звезду. Таким образом, столкновение галактик — не конец, а новое начало.
Фотография столкновения двух спиральных галактик, NGC2207 (большая) и 1C2163, сделанная космическим телескопом «Хаббл». Под действием силы притяжения первой галактики вторая изменила свою форму, и в ней образовался длинный хвост, состоящий из звёзд и газа. Размеры хвоста составляют до 100 млн световых лет.
Тот же телескоп «Хаббл» позволил получить достаточно информации, чтобы определить, что даже во Млечном Пути можно увидеть следы былых столкновений. Более того, в настоящий момент наша галактика поглощает карликовую эллиптическую галактику в Стрельце.