11.3 Структура Галактики

Лекция 11. Структура Галактики и типы населений

11.3 Структура Галактики

Структура нашей Галактики исследуется с помощью звёздных подсчётов и построения моделей распределения масс в Галактике, причем параметры этих моделей уточняются с помощью тех же звёздных подсчётов, а также кинематических исследований. Привлекаются и данные о других галактиках, близких по структуре к нашей.

Анализ таблицы 11-2 показывает, что звёзды сильно концентрируются к плоскости Галактики. Это означает, что большинство видимых нами звёзд образует подсистему, сконцентрированную к галактической плоскости. Однако на примере шаровых скоплений мы знаем, что часть звёзд и звёздных систем образует многокомпонентную сфероидальную подсистему с малым сжатием.

Наша и другие галактики являются довольно разреженными звёздными системами. Так, согласно данным каталога ближайших звёзд Глизе (1991), в радиусе 5 пк от Солнца содержится около 60 звёзд, а в радиусе 25 пк - 3800 звёзд. Среднее расстояние между звездами в окрестностях Солнца около 2 пк. Вот как выглядит вертикальная структура Галактики на солнечном галактоцентрическом расстоянии, полученная по наблюдениям звезд в направлении северного и южного галактических полюсов. Так, по результатам работы Бартая (1979) А-В-звёзды III - V классов светимости образуют тонкий слой, так что их численность в e раз падает уже при z ≈ 200 пк. Звёзды FIII - FV и гиганты классов G и K простираются при малом градиенте плотности до z ≈ 400пк. Эти величины можно считать оценками параметра полутолщины (или шкалы высоты - z₀) в представлении распределения звёздной плотности барометрической формулой: D = D₀ exp(-|z| / |z₀|). В итоге, мы имеем два характерных масштаба толщины Галактики: 400 пк и 800 пк . Такие же результаты получил Эгген. Недавно на основе обширных звёздных подсчётов франко-индийская группа исследователей (Мохан, Крезе и др.) уточнили оба этих характерных масштаба, которые получились равными 260 ± 50 пк и 760 ± 50 пк. С другой стороны, Севенстер по звездам асимптотической ветви гигантов получил оценки полутолщины Галактики 100 пк для молодых звёзд (с возрастами менее 10⁹ лет) и 500 пк для старых (t >5 • 10⁹ лет). Эти две отличающиеся величины характеризуют шкалы высот подсистем тонкого и толстого дисков, соответственно. Далее оказалось, что полутолщина подсистемы тонкого диска зависит не только от возраста, но и от металличности. Как показали Марсаков и Шевелев (РГУ) в 1995 г. по восстановленным элементам орбит F-звёзд главной последовательности - у молодых (t < 3 млрд. лет) металличных ([Fe/H] > -0.1) F-звёзд шкала высоты оказывается наименьшей (z₀ = (100 20) пк), тогда как у столь же молодых, но менее металличных, она примерно в 1.7 раза больше. У старых малометалличных звёзд тонкого диска шкала высоты получается наибольшей.

Центральные области галактик, в том числе и нашей, привлекают особое внимание, так как там обнаруживают много интересных и загадочных особенностей. В настоящее время в центре Галактики принято выделять три характерные области. Первая, имеющая радиус ≈ 3 кпк, интересна особенностями кинематики (см. кривую вращения Галактики в предыдущей лекции). Здесь резко падает плотность газа по сравнению с областью диска за R > 3 кпк. Вторая область с радиусом R порядка 600 - 700 пк выделяется массивным сфероидальным уплотнением звёзд - звёздным балджем, масса которого порядка 3· 10¹⁰М_¤, и мощным газовым диском с массой порядка 6· 10⁸ М_¤. Наконец, окрестность центрального радиоисточника Sgt A с радиусом 1 пк называют ядром или центральным парсеком.

В видимой области галактический центр скрыт от нас поглощающей материей (полное поглощение здесь достигает величины A_V ≈ 30^m). Наблюдения этой области проводят в рентгеновском и γ-диапазонах, а в последнее время и в далекой инфракрасной области спектра, где поглощение света не так велико. Оцененная на основе этих данных плотность в ядре оказалась на 18 порядков больше средней плотности звёзд околосолнечной окрестности. В ИК-области современные большие телескопы позволяют получить изображения звёзд с качеством, достаточным для фотометрии, а большой масштаб изображений даже позволил оценить собственные движения отдельных звёзд. Оказалось, что звёзды вблизи ядра Галактики заметно перемещаются, причем скорости движения и дисперсии скоростей увеличиваются с приближением к ядру. Некоторые, наиболее близкие к ядру звёзды двигаются со скоростями, превышающими 1000 км/с. Сравнение наблюдаемого распределения скоростей с теоретическими, а также наблюдения орбитальных перемещений ближайших к ядру звёзд приводят к выводу, что в центре Галактики расположен компактный объект с массой (3 - 4)· 10⁶ М_¤ - черная дыра. Радионаблюдения области центра Млечного Пути свидетельствуют, что размеры компактного объекта <1.2 ⋅ 10¹² см (т.е. менее 13 гравитационных радиусов). Вблизи центральной черной дыры обнаружено ≈ 80 ОВ-звёзд. Полное трехмерное восстановление распределения и движения этих звёзд показало, что они принадлежат двум полярным звёздным дискам с кеплеровским законом вращения каждый и с резкими краями - внешним на радиусе 0.5 пк и внутренним на радиусе ≈ 0.05 пк. Звёздный состав обоих дисков одинаков и свидетельствует о том, что звёзды в них образовались практически одновременно, примерно 6 млн. лет назад.

Область балджа ярко светит в инфракрасном диапазоне, где переизлученный пылью свет звёзд балджа дополняется инфракрасным излучением многочисленных красных гигантов. Область наиболее интенсивного свечения ограничена размером порядка 200 пк. То, что основной вклад в светимость этих областей дают красные гиганты, говорит о большом возрасте балджа. Балдж, по-видимому, можно рассматривать как маленькую эллиптическую галактику, расположенную в центре большой спиральной галактики, поскольку свойства и структура балджей спиральных и S₀ галактик примерно такие же, как Е-галактик, и существенно отличаются как от диска, так и от гало спиральной галактики. Суммарная масса гало и балджа оценивается величиной 5· 10¹⁰ М_¤ в пределах 10 кпк, что сравнимо с массой диска в этих пределах. Так как в области балджа нет звёзд с характеристиками звёзд диска, то диск Галактики представляет собой скорее сплющенный тор - диск с дырой посередине. Сжатие балджа (отношение малой полуоси поверхности равной плотности к большой), определенное с помощью звёздных подсчётов в окнах прозрачности, равно 0.6.

Возможно, что центральные области балджа не имеют сферической симметрии - они образуют вытянутую структуру, напоминающую небольшой бар - элемент, характерный для пересеченных спиральных галактик. Об этом говорят как очень большие отклонения наблюдаемых в околоцентральной области Галактики скоростей газа от круговой скорости, достигающие 150 км/с, так и значительная асимметрия распределения в пространстве облаков нейтрального водорода. Центральная часть балджа погружена в ионизованный газ - околоядерный диск HII радиусом порядка 150 пк. Ионизация газа является следствием излучения молодых звёзд большой светимости, большое количество которых наблюдается в центральной области Галактики.

Гало Галактики представляет собой сферическое образование малой плотности, по-видимому слегка сплюснутое по оси Z. Полная масса звёздного гало составляет приблизительно 10⁹М_¤ , из которой около 1% приходится на шаровые скопления, а остальную часть составляют звёзды поля.

Рис.11-1

Общая структура Галактики в разрезе схематически показана на рис. 11-1. Следует помнить, что ни один из компонентов Галактики не имеет резких границ, так что граничные линии, отмечающие те или иные подсистемы, следует рассматривать как линии равной плотности, проведенные там, где плотность звёзд данного структурного элемента Галактики мала по сравнению со средней плотностью по всему его объему. Звёздный диск заканчивается на периферии Галактики раньше, чем газовый (имеет меньший диаметр), при этом толщина газового диска увеличивается к периферии Галактики из-за уменьшения составляющей силы тяготения в направлении оси z. Самой большой подсистемой оказывается аккрецированное гало, которое простирается почти до 100 кпк, Подробнее на природе этой подсистемы мы остановимся в § 14.3.

Публикации с ключевыми словами: звездная астрономия Публикации со словами: звездная астрономия
См. также: Елене Вячеславовне Глушковой - 50 ! Конференция «Современная звездная астрономия - 2014» Конференция "Современная звездная астрономия" К 100-летию со дня рождения Петра Григорьевича Куликовского Лекции по Галактической Астрономии. 5–8 Лекции по Галактической Астрономии. 3–4 Лекции по Галактической Астрономии. 1–2 Все публикации на ту же тему >>