Развитие и возникновение галактик и звёзд

солнечной, нужно  всего лишь несколько миллионов  лет, меньше   несколько сот

миллионов лет. Так как время эволюции протозвезд сравнительно невелико, эту

самую раннюю фазу развития звезд обнаружить трудно.

Оказавшись  на главной последовательности и  перестав сжиматься, звезда длительно

излучает практически  не меняя своего положения на диаграмме   спектр 

светимость . Ее излучение поддерживается термоядерными  реакциями, идущими в

центральных областях. Таким образом, главная последовательность представляет

собой как бы геометрическое место точек на диаграмме  спектр   светимость , где

звезда может  длительно и устойчиво излучать. Место звезды на главной

последовательности  определяется ее массой

Время пребывания звезды на главной последовательности определяется ее

первоначальной  массой. Если масса велика, излучение  звезды имеет огромную

мощность и  она довольно быстро расходует запасы своего водородного   горючего . 

Выгорание  водорода происходит только в центральных областях звезды. Так как

количество  водорода в центральных областях звезды ограничено, рано или поздно

он там практически  весь   выгорит . Масса и радиус центральной ее области, в

которой идут ядерные  реакции, постепенно уменьшаются, при этом звезда медленно

перемещаются  на диаграмме  спектр   светимость  вправо. Это процесс происходит

значительно быстрее  у сравнительно массивных звезд. Далее ядро звезды начнет

сжиматься, а  температура его будет повышаться, образуется очень плотная горячая

область, состоящая  из гелия с небольшой примесью более тяжелых элементов. В

этой плотной  горячей области ядерные реакции  происходить не будут, но они будут

довольно интенсивно протекать на периферии ядра, в  сравнительно тонком слое.

Светимость  звезды и ее размеры начнут расти. Звезда как бы  разбухает  и начнет 

 сходить  с главной последовательности, переходя в области красных гигантов.

При переходе звезды в стадию красного гиганта скорость ее эволюции значительно

увеличивается.

После того как температура сжимающегося плотного гелиевого ядра звезды 

красного гиганта   достигнет 100  150 млн. К, там начнет идти новая ядерная

реакция. Эта  реакция состоит в образовании  ядра углерода из трех ядер гели, как

только начнется эта реакция, сжатия ядра прекратится. В дальнейшем

поверхностные слои звезды увеличивают свою температуру. Какая стадия эволюции

наступит вслед  за стадией красного гиганта?

На этом этапе  эволюции звезды, масса которых меньше, чем 1,2 массы Солнца,

существенную  часть своей массы,  образующую их наружную оболочку  сбрасывают .

Такой процесс  называется образованием  планетарных туманностей . Когда

отделится наружная оболочка,  обнажается  ее внутренние, очень горячие слои.

При этом отделившаяся оболочка будет расширятся, все дальше и дальше отходя от

звезды.

Мощное ультрафиолетовое излучение звезды-ядра планетарной  туманности   будет

ионизировать  атомы в оболочке, возбуждения  их свечение. Через несколько

десятков тысяч лет  оболочка рассеется и останется  только небольшая очень

горячая плотная звезда. Постепенно, довольно медленно остывая, она превратится

в белый карлик.

Таким образом белые карлики  как бы  вызревают  внутри звезд   красных гигантов

 и появляются на  свет  после отделения наружных слоев гигантских звезд. В

других случаях сбрасывание наружных слоев может происходить не путем

образования планетарных  туманностей, а путем постепенного истечения атомов. Так

или иначе белые карлики, в которых весь водород  выгорел  и ядерные реакции

прекратились, по-видимому, представляют собой заключительный этап эволюции

большинства звезд. Белые  карлики постепенно все меньше и  меньше излучая

переходят в невидимые  черные  карлики. Это мертвые, холодные звезды очень

большой плотности, в миллионы раз плотнее воды. Их размеры меньше размеров

земного шара, хотя массы  сравнимы с солнечной. Процесс остывания  белых карликов

длится много сотен  миллионов лет. Так кончает свое существование большинство

звезд.

Процесс образования звезд  из межзвездной газово-пылевой среды  происходил в

нашей Галактике непрерывно. Он происходит и сейчас.

Все же в процессе эволюции звезда  возвращает  в межзвездное пространство

значительную  часть всей массы. Из этого газа будет  образовываться более молодые

звезды, которые  в свою очередь так же будут  эволюционировать описанным образом.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Происхождение и развитие галактик

 

3.1 Взгляды различных ученых на процессы рождения и развития галактик.  

 

К проблеме эволюции галактик ученые начали серьезно подходить  в середине 40х

годов. Эти годы ознаменовались рядом важных открытий в звездной астрономии.

Удалось выяснить, что среди звездных скоплений, рассеянных и шаровых, имеются

молодые и старые, и даже оценить их возраст.

Поэтому путь к  раскрытию хода эволюции галактик, казалась, намечен сам собой.

Нужно было произвести своеобразную  перепись населения  в галактиках разных

типов и сравнить результаты. В каких галактиках: эллиптических или спиральных,

в каких классах  галактик преобладают более молодые  или более старые звезды 

такое исследование дало бы ясное указание на направление  эволюции галактик,

позволило бы выяснить эволюционный смысл классификации Хаббла.

Но прежде надо было выяснить численное соотношение  между разными типами

галактик. Непосредственное изучение фотографий полученные на обсерватории Маунт

Вилсон, позволило  Хабблу получить следующие результаты эллиптические - 23%,

спиральные   59%, спиральные с перемычкой   15%, неправильные   3%.

Однако действительное соотношение численности галактик разных типов оказалось

иным. В 1948 г. Московский астроном Ю.И.Ефремов обработал данные каталога

галактик Шепли и Эймс и пришел к следующим выводам: эллиптические галактики в

среднем на 4  звездные величины слабее спиральных по абсолютной величине. Среди

них много галактик   карликов. Если учесть это обстоятельство и сделать

пересчет количества галактик в единице объема, то окажется, что эллиптические

галактики примерно в 100 раз больше чем спиральные.

И так, большая  часть спиральных галактик оказалась  галактики  гиганты,

большинство эллиптических  галактик   галактики   карлики. Конечно, среди тех и

других существовал  некий разброс в размещении, имелись  и эллиптические

галактики   гиганты, но в среднем было именно так.

В 1947 году Х.Шепли  обратил внимание на то, что количество ярких сверхгигантов

постепенно  убывает по мере перехода от неправильных галактик к спиральным, а

затем к эллиптическим. Спиралях класса Sа, замечает Шепли, встречаются  лишь

очень мало звезд  большой светимости, а в эллиптических  галактиках они

практически отсутствуют. Получалось, что молодыми являлись именно неправильные

галактики и спирали класса Sс сильно разветвленными ветвями, спирали класса Sа

и эллиптические  галактики находились на более поздней  стадии развития. Шепли

тогда же высказал мысль, что переход галактик из одного класса в другой должен

был занять громадные  сроки и совсем не обязательно имел место. Возможно, что

галактики образовались все такими какими мы их наблюдаем, а потом лишь медленно

эволюционировали  в направлении сглаживания и  округления их форм.

Х. Шепли обратил  внимание еще на одно важное обстоятельство. Уже давно было

известно существование  двойных галактик это не случайные  совпадения положений,

не могли  они быть и результатом захвата  одной галактики другой. И вот  не редко

в этих парах  галактики существовали спиральные с эллиптическими. Но

галактические пары, очевидно, вместе и возникли. Можно ли в этом случае

допустить, что  они прошли существенно разный путь развития.

В 1949 году советский  астроном профессор Б. В. Кукаркин опубликовал  важную

работу  Исследование строения и развития звездных систем на основе изучения

переменных  звезд . В ней были и новые установленные  соотношения, и их глубокий

теоретический анализ.

В своей работе Кукаркин обращал внимание на давно  обнаруженные, но часто

забываемые  обстоятельства существования не только пары, но и скопления

галактик. Между тем возраст скопления галактик, судя по данным небесной

механики, не может  превышать 1012 лет. (Здесь Кукаркин явно отдавал дань 

длинной  школе развития звездных систем; в действительности этот предел

гораздо меньше.

Таким образом, получалось, что практически одновременно образовались галактики

разных форм. Значит, переход каждой галактики  за время ее существования из

одного типа в другой совсем не обязателен.

К концу сороковых  и началу пятидесятых годов в  космогонии галактик сложилось

несколько направлений.

Представители одного из них пытались построить  новую гипотезу образования

галактик из каких то первичных, до галактических  форм материи. Так Вейзеккер

разработал  теорию возникновения галактик из вращающейся  массы, в которой

значительную  роль играла турбулентность. По его теории эллиптические галактики

находились  на самой поздней, а неправильные на самой ранней стадии развитии. Но

Вейзеккер ввел существенные уточнение: он показал  что в случае турбулентного

развития газовых  масс в галактике шкала времени такого развития пропорциональна

размерам галактик. По этому карликовые эллиптические  галактики хотя и находятся

на более  поздней стадии развития, но могут  быть моложе по возрасту, чем

гигантские  спиральные. Это позволяло устранить  возрождение, связанное с тем,

что в скоплениях встречаются галактики всех типов. Но тогда должна была

существовать  зависимость между размерами  и стадией эволюции галактик в

скоплениях, то есть самые маленькие галактики  там должны быть непременно

эллиптическими, средние   спиральными, а большие   неправильными. И хотя между

эллиптическими  и спиральными галактиками такое  соотношение размеров

выполнялось, неправильные галактики, будучи меньше спиральных, явно не

укладывались  в схему Вейзеккера.

Наконец, не согласовывался с этой гипотезой тот факт, что в эллиптических

галактиках  преобладают старые звезды ( в абсолютной шкале времени). Значит,

эллиптические галактики должны быть не только относительно, но и абсолютно

старше спиральных. А как же быть с галактиками  в скоплениях? Предложение, что

эллиптические галактики образовывались раньше, а  спиральные возникали в том же

скоплении потом, слишком искусственно. К тому же данные о парных галактиках

этому противоречат.

Выход из положения  наметился благодаря работам  В. А. Амбарцумяна и его школы,

показавшим, что  звездообразование в нашей, а  значит и в других галактиках,

продолжается  в наше время. Поэтому спиральные и неправильные галактики могут

изобиловать молодыми звездами из населения I типа не потому, что эти галактики

сами молоды, а потому, что в них имеются условия для звездообразования, тогда

как в эллиптических  галактиках они почему-либо отсутствуют.

В явной связи  с этим стоит еще один существенный факт, на который обратил

внимание Б. В. Кукаркин в уже упомянутой работе. Н и в о д н о й эллиптической

галактике, даже наиболее сжатой (Е7), не обнаружено сконцентрированного  к

экваториальной  плоскости межзвездного диффузного вещества. Обнаруженные в них

диффузные включения  концентрируются к центру этих галактик. Наоборот, все

спиральные галактики богаты сконцентрированным к экваториальной плоскости

межзвездным диффузным  веществом, которое особенно четко  заметно, когда

галактика видна  с ребра. Об этом же свидетельствуют  спектральные наблюдения:

линии излучения, принадлежащие межзвездному галактическому газу, обнаружены у

80-90% спиральных  галактик и только у 10-20% эллиптических.  Правда, не надо

забывать, что  для образования линий излучения  нужен не только газ, но и

источник возбуждения  свечения, то есть горячие сверхгиганты, а их-то в

эллиптических галактиках не хватает.

Приведенный факт, наряду с работами академика Г. А. Шайна и других ученых по

изучению связи  молодых звезд с диффузными туманностями, побудил в 1951 году. А.

И. Лебединского и Л. Э. Гуревича заняться разработкой  новой гипотезы

образования галактик из межгалактического газа. Их работа была закончена в 1954

году.

А. И. Лебединский, которому принадлежит основная идея гипотезы, исходил из

следующих основных предположений:

Галактики образовались из разреженного диффузного вещества, заполнявшего (и

заполняющего) Метагалактику.

Галактики возникали  не одновременно, так что некоторые  из них образовывались,

когда другие уже  существовали.

Условия в метагалактическом  пространстве в период формирования галактик мало

отличались  от современных.

Ту массу  газа, из которой образовалась наша (или какая-либо другая) Галактика,

А. И. Лебединский  назвал п р о т о г а  л а к т и к о й . Он полагал, что до

начала сжатия состояние протогалактики было квазистатическим, то есть почти

неизменным. Потом какие-то постепенные количественные изменения состояния

протогалактики (например, увеличение плотности) привели  к тому, что она начала