Лабораторная работа «Галактики» Цель работы: по изображению галактики определить морфологическую принадлежность к эллиптическим, спиральным, неправильным галактикам (по классификации Хаббла), к галактикам, не вписывающимся в классификацию Хаббла. Познакомиться с физическими характеристиками галактик, определяющих наблюдательные особенности. Общие сведения о галактиках Разделение галактик на эллиптические (Е), спиральные (S) и неправильные (Ir) по классификации Хаббла оказалось очень удачным. Выяснилось, что эта классификация галактик отражает не только особенности их видимой формы, но и свойства входящих в них звезд: Е- галактики состоят из очень старых звезд, в Ir- галактиках основной вклад в излучение дают звезды, существенно моложе Солнца, а в S- галактиках характер спектра выдает присутствие звезд всех возрастов. Возраст галактик примерно одинаковый (более 10 миллиардов лет), и основная причина различия между галактиками - не в возрасте, а в различном характере эволюции этих систем. Если в Егалактиках звездообразование практически полностью прекратилось миллиарды лет назад, то в спиральных системах образование звезд продолжается, хотя и далеко не так интенсивно, как на начальном этапе их жизни, а в Ir- галактиках звездообразование может быть столь же активно сейчас, как и миллиарды лет назад. Каждая S- галактика содержит две основных подсистемы (два компонента), вложенные одна в другую и гравитационно связанных друг с другом. Первая называется сферической (I население), ее звезды концентрируются к центру галактики, а плотность вещества, высокая в центре галактики, довольно быстро падает с удалением от него. Вторая подсистема - это массивный звездный диск (II население). Типичная Е- галактика выглядит как сферическая подсистема в «чистом» виде, диск в ней или полностью отсутствует, или имеет такую низкую светимость по сравнению с остальной галактикой, что выявляется лишь специальными методами фотометрической обработки. Е- галактики, как и сферические компоненты у галактик других типов, почти лишены межзвездного газа и молодых звезд. В S- галактиках имеется как сферический компонент, так и массивный звездный диск, причем последний в большинстве случаев значительно преобладает по светимости. В неправильных (Ir) галактиках сферический звездный компонент практически отсутствует, почти все звезды заключены в толстом диске, существенная доля массы которого приходится на межзвездный газ. Тип галактики Масса (в массах Солнца) Светимость (в Диаметр светимостях (килопарсек) Солнца) Звёздное население Процент среди наблюдаемых галактик Спиральные (S и SB) 109 — 1011 108 — 1010 5 — 250 диск: Население I гало: Население II 77% Эллиптические (E) 105 — 1013 105 — 1011 1 — 205 Население II 20% Иррегулярные (Irr) 108 — 1010 107 — 109 1 — 10 Население I 3% Структура спиральных галактик: выделяются оба звездные компонента галактики - диск и сферическая составляющая, яркая центральная часть которой видна как вздутие диска. Ее обычно называют балджем (английское слово bulge переводится как вздутие) На фотографии спиральной галактики NGC 891, видимой с ребра, прекрасно заметна темная полоса, идущая вдоль диска - так выглядит непрозрачный слой межзвездной среды, непрозрачность эта обусловлена пылью, которая всегда сопровождает прозрачный межзвездный газ Физические характеристики галактик, определяющие наблюдаемые особенности Какие же физические характеристики определяют основные наблюдаемые особенности галактик? 1.Скорости вращения и относительные массы дискового и сферического компонента. 2. Интенсивность происходящего звездообразования на единицу светимости галактики или на единицу массы газа в ее диске. 3. Характер активности галактического ядра и выделяемая им энергия. Перечисленные характеристики галактик объединяет одно: как показали исследования последних лет, все они оказываются прямо или косвенно связанными с динамическими свойствами звезд и газа. Рождение звезд происходит почти исключительно в дисках галактик. Именно в этом слое и возникают массивные газовые конденсации, внутри которых газ постепенно сгущается в сравнительно небольшие и плотные молекулярные облака, а они уже дают начало звездам и молодым звездным группировкам. В S- галактиках самые крупные по размеру области, где концентрируется газ и связанные с ним очаги звездообразования, располагаются длинными неровными цепочками, которые придают клочковатый вид спиральным ветвям. Галактики очень сильно отличаются друг от друга по интенсивности происходящего в них звездообразования. Но количественно сравнить темпы образования звезд в них - задача не простая, поскольку, за исключением ближайших галактик, молодые звезды не видны по отдельности из-за большого расстояния. Здесь обычно используют три наиболее надежных признака, характеризующих активность звездообразования. Во-первых, это цвет галактики (молодые массивные звезды делают его более голубым), во-вторых, яркость свечения газа в оптических спектральных линиях, которое возникает при облучении газа ультрафиолетовым светом молодых звезд, и в-третьих, мощное излучение «теплой» межзвездной пыли. Пыль здесь играет роль преобразователя световой энергии: она поглощает свет молодых звезд, расположенных в областях с высокой плотностью межзвездной среды, и переизлучает захваченную энергию в далекой инфракрасной области спектра (в основном, в спектральном диапазоне 50 - 500 микрометров), а это излучение принимается методами внеатмосферных наблюдений. Порядок выполнения работы I. В презентации и текстовом варианте представлены изображения эллиптических (Е), спиральных (S) и неправильных (Ir) галактик. 1. Определить, к какому типу галактик по классификации Хаббла их можно отнести. 2. Внести их название или обозначение по каталогу в таблицу Спиральные Эллиптические Неправильные 3. Заполнить таблицу, характеризующую видимые особенности галактик Тип галактики Масса Светимость Интенсивность звездообразования Преимущественный (в массах (в светимостях (высокая, низкая) цвет Солнца) Солнца) Спиральные (S и SB) Эллиптические (E) Иррегулярные (Irr) II. В презентации и текстовом варианте представлены изображения галактик, которые не описываются классификацией Хаббла. 1. Определить, к каким галактикам, не вписывающимся в классификацию Хаббла, можно отнести представленные галактики. Заполнить таблицу, внести обозначение по каталогу или собственное название. Кольцеобразные Взаимодействующие 2. Охарактеризовать особенности структуры и интенсивность звездообразования таких галактик. Тип галактики Наличие ярких областей, в которых Интенсивность звездообразования идет интенсивный Особенности структуры (высокая,низкая) процесс звездообразования (да,нет) Кольцеобразные Взаимодействующие III. Контрольные вопросы. 1. С какими физическими характеристиками галактик, особенности, вы познакомились в данной работе? определяющие наблюдаемые 2. Как по виду галактики можно определить интенсивность звездообразования? 3. Как по цвету галактики можно определить из каких звезд (молодых или старых) она состоит? Вывод. Ответы СпиральныеNGC 1300 NGC 4565 NGC 1365 NGC 1566 NGC 74 М87 М86 NGC 4881 UGC 5797 БМО ММО NGC 1097 Колесо телеги NGC 5426 Arp 295 Эллиптические NGC 720 М32 Неправильные М82 NGC 1427 Кольцеобразные NGC 1269(1291) Объект Хога Arp 87 NGC 2207 AM_0644-741 Взаимодействующие Arp 188 Заполнить таблицу, характеризующую видимые особенности галактик Масса Светимость Интенсивность звездообразования Преимущественный (в массах (в светимостях (высокая, низкая) цвет Солнца) Солнца) Тип галактики да голубоватый (спирали) 105 — 1013 105 — 1011 нет красноватый 108 — 1010 107 — 109 да голубоватый Спиральные (S и SB) 109 — 1011 108 — 1010 Эллиптические (E) Иррегулярные (Irr) Охарактеризовать особенности структуры и интенсивность звездообразования таких галактик. Тип галактики Кольцеобразные Взаимодействующие Особенности структуры Наличие ярких областей, в которых Интенсивность звездообразования идет интенсивный (высокая,низкая) процесс звездообразования (да,нет) кольцеобразная высокая да Несколько галактик, хвосты высокая да