Скачать презентацию Астрофизика введение в астрофизику Лекции 13 -14 Строение Скачать презентацию Астрофизика введение в астрофизику Лекции 13 -14 Строение

лекции 13-14_I.ppt

  • Количество слайдов: 22

Астрофизика (введение в астрофизику) Лекции 13 -14 Строение и эволюция Галактики 1. Диск Галактики: Астрофизика (введение в астрофизику) Лекции 13 -14 Строение и эволюция Галактики 1. Диск Галактики: звезды, межзвездная среда, вращение 2. Сферическая составляющая Галактики 3. Спиральная структура 4. Устойчивость Галактики, проблема скрытой массы [Fe/H] = lg (NFe/NH)* - lg (NFe/NH)о индекс «металличности»

Млечный путь в оптическом диапазоне Млечный путь в оптическом диапазоне

Млечный путь в ИК диапазоне Млечный путь в ИК диапазоне

Некоторые характеристики подсистем гало и диска Т, 10 9 лет Гало Экстремальная подсистема 15 Некоторые характеристики подсистем гало и диска Т, 10 9 лет Гало Экстремальная подсистема 15 -18 Гало Промежуточная подсистема 10 -12 Диск Подсистема старого населения 5 -8 Диск Плоская подсистема (молодое население) <1 Корона ? , кпк [Fe/H] 25 < -1, 0 2 -1, 0― -0, 5 0, 8 -0, 5― -0, 1 0, 4 > -0, 1

Формирование профиля радиолинии HI Вращение Галактики Солнце Вращение ω(R) Формирование профиля радиолинии HI Вращение Галактики Солнце Вращение ω(R)

Вращение Галактики Кривая вращения Галактики по наблюдениям НI (линия 21 cм) и СО (линия Вращение Галактики Кривая вращения Галактики по наблюдениям НI (линия 21 cм) и СО (линия 2. 6 мм).

Диск Галактики. Межзвездная среда Газ и пыль составляют до 10% диска по массе и Диск Галактики. Межзвездная среда Газ и пыль составляют до 10% диска по массе и участвуют в общем вращении диска. Газ в основном состоит из водорода – атомарного HI молекулярного H 2 ионизованного HII (H+) Холодная фаза(облака) 70 К Горячая фаза(межобланый газ) 7000 Молекулярные облака 10 Сверхгорячая фаза ~106 20 см -3 ~10 пк 0. 2 103(до 106) до 4000 ГМО Д=40 пк ‹ 10 -2 0. 5

Диск Галактики. Межзвездная среда а - распределение атомарного (HI) и ионизованного (НII) водорода в Диск Галактики. Межзвездная среда а - распределение атомарного (HI) и ионизованного (НII) водорода в диске Галактики в зависимости от расстояния до центра Я. Слева по оси дано число гигантских зон HII, справа - число атомов водорода NH на единицу поверхности диска Галактики; б - распределение усреднённой концентрации атомарного (HI) и молекулярного (Н 2) водорода, а также полной концентрации атомов водорода n(Н).

Газ в Галактике Обнаружение в 1963 году облаков газа недалеко от диска и движущихся Газ в Галактике Обнаружение в 1963 году облаков газа недалеко от диска и движущихся как от него, так и к нему, привело к модели «газовых фонтанов» - результата прорыва газового диска после вспышек SNII. Современное содержание тяжелых элементов подтверждает эту модель. (IVC – облака с умеренной скоростью, не больше параболической)

Высокоширотные газовые облака Высокоширотные газовые облака

Изгиб газового слоя показывает половина галактик (Bosma 1991) Изгиб газового слоя показывает половина галактик (Bosma 1991)

Параметры подсистем Галактики (модель группы Я. Э. Эйнасто) Подсистемы Ядро Балдж Гало Диск Плоская Параметры подсистем Галактики (модель группы Я. Э. Эйнасто) Подсистемы Ядро Балдж Гало Диск Плоская Корона e a 0, кпк 0, 6 0, 3 0, 1 0, 02 1 0, 005 0, 2 1, 9 4, 6 6, 4 75 М, 1010 МО 0, 009 0, 4 1, 2 7, 7 1, 0 110 Примечания: 1) Подсистемы представляются сплюснутыми сфероидами с большой осью а 0 и с отношением малой полуоси к большой - e. 2) В этой модели расстояние от центра Г. до Солнца R 0 = 8, 5 кпк, скорость вращения ω0 = 26, 5 км/(с·кпк), плотность пространственного распределения звёзд в окрестности Солнца ~ 0, 1 пк-3.

Спиральная структура Галактики Распределение в плоскости Галактики молодых звёздных скоплении, областей HII и переменных Спиральная структура Галактики Распределение в плоскости Галактики молодых звёздных скоплении, областей HII и переменных звёзд – цефеид с большими периодами. Цифры на краях рисунка галактические долготы.

Распределение гигантских зон HII в плоскости Галактики. Оно лучше всего соответствует модели двухрукавной спиральной Распределение гигантских зон HII в плоскости Галактики. Оно лучше всего соответствует модели двухрукавной спиральной структуры. Штриховыми линиями отмечены те участки, где нет надёжного определения положения ветвей. Указаны положение Солнца (О) и центр Галактики (+). Распределение нейтрального водорода в Галактике в модели двухрукавной спиральной структуры, построенной на основе теории волн плотности. Видно, что модель достаточно хорошо отражает распределение нейтрального водорода в Галактике.

Скрытая масса Галактики 1. «Плоская» кривая вращения 2. Моделирование динамики Галактики Скрытая масса Галактики 1. «Плоская» кривая вращения 2. Моделирование динамики Галактики

Эволюция Галактики и формирование подсистем. Сопоставление возрастов, кинематики, хим. состава подсистем Галактики (Г) и Эволюция Галактики и формирование подсистем. Сопоставление возрастов, кинематики, хим. состава подсистем Галактики (Г) и их пространственной структуры дало возможность построить картину эволюции Г. Взаимосвязь между указанными характеристиками удалось объяснить в предположении, что Г. сформировалась из протогалактики - медленно вращающегося водородно-гелиевого газового облака, начальные размеры которого в десятки раз превосходили современные размеры Г. Это облако практически свободно сжималось под действием собственной гравитации (коллапсировало), и в процессе сжатия рождались первые звёзды. Характерное время стадии свободного сжатия, когда рождалось население гало, составляет, по современным оценкам, примерно 1 млрд. лет. Для дальнейшей эволюции важным оказалось различие в изменении энергии у звёздной и у газовой составляющих Г. Выделяющаяся при сжатии гравитационная энергия переходила в кинетическую энергию движения звёзд и газа. Рост кинетической энергии звёздной составляющей довольно быстро остановил её сжатие.

Эволюция Галактики и формирование подсистем. Поэтому старые звёзды, родившиеся в начале сжатия протогалактики, в Эволюция Галактики и формирование подсистем. Поэтому старые звёзды, родившиеся в начале сжатия протогалактики, в значительной степени сохранили сфероидальное распределение в пространстве, характерное для вещества протогалактики, а также начальное распределение момента вращения. Эти звезды образовали слабовращающееся гало. Газ же терял приобретаемую кинетическую энергию в столкновениях газовых облаков: энергия превращалась в теплоту и уносилась в конце концов в виде излучения. Поэтому газ продолжал свободно сжиматься. Но постепенно в газовой среде нарастали центробежные силы, т. к. вследствие сохранения момента вращения при уменьшении размеров системы увеличивалась её скорость вращения. Когда размеры газовой составляющей уменьшились примерно в десять раз, эти силы уравновесили силу гравитации и остановили сжатие газа в плоскости вращения. Вдоль оси вращения сжатие продолжалось, и в итоге сформировался тонкий газовый диск. Родившиеся в нём звёзды и образовали быстровращающуюся дисковую подсистему.

Эволюция Галактики и формирование подсистем. Параллельно с формированием подсистем идёт обогащение межзвёздной среды тяжёлыми Эволюция Галактики и формирование подсистем. Параллельно с формированием подсистем идёт обогащение межзвёздной среды тяжёлыми элементами. Звёзды диска образуются из вещества, участвовавшего в термоядерных реакциях в недрах звёзд и обогащённого тяжёлыми элементами. Поэтому звёзды диска в целом богаче тяжёлыми элементами, чем образовавшиеся ранее звёзды гало. По той же причине молодое население диска содержит больше тяжёлых элементов, чем старое. Ряд данных указывает на то, что в галактиках после формирования гало происходит выделение огромного количества энергии (повидимому, в результате взрыва большого числа сверхновых звёзд или образования квазара в ядре галактики), приводящего к разогреву газа до Т ~107 K. В таких условиях звездообразование останавливается на несколько млрд. лет, чем можно объяснить разрыв между возрастами звёзд гало и диска.

Распространенность химических элементов во Вселенной Распространенность химических элементов во Вселенной