Астрофизика введение в астрофизику Лекции 15 -16 Строение

Астрофизика (введение в астрофизику) Лекции 15 -16 Строение Вселенной 1. Классификация галактик. 2. Местная система. Скопления галактик (СГ). 3. Активные галактики и квазары. 4. Наблюдательная космология: расширение Вселенной (закон Хаббла); реликтовое (микроволновое) излучение. 6. Крупномасштабная структура Вселенной. 7. Гравитационное линзирование.

Классификация галактик Камертонная диаграмма Хаббла Ir Неправильные галактики Классификация: По степени сжатия Отличия: Цвет: желто-оранжевые Наличие МЗС: нет Встречаемость: По степени закрученности ветвей и относительной яркости ядра желто-белые возрастает от Sа к Sс бело-голубые до 50% массы

S M 81 NGC 4565 M 51 NGC 1365 в Печи M 101

E M 87 Скопление в Деве NGC 5981, NGC 5982, NGC 5985 в Драконе Abell S 0740 Спутник туманности Андромеды

Ir Магеллановы облака Ir галактика в Стрельце

Области звездообразования в БМО

Закон Хаббла Хаббл в 1929 г. вывел из данных наблюдений закон пропорциональности между величиной z и расстоянием до далёкой галактики r: z = H·r/c, где z = (λн – λо)/λо (При z ≥ l пользоваться формулой z =V/c нельзя) Отсюда следует, что чем дальше расположена галактика, тем с большей лучевой скоростью она движется: Vr = H·r Значение Н (постоянная Хаббла) не зависит от направления на небесной сфере и от расстояния до галактики. По современным оценкам, Н=70 км/(с·Мпк) (точность ± 10%). Обратная величина имеет размерность времени и равна t. H = 1/H = 13. 7 млрд. лет.

Местная система галактик S Ir E

Местная система галактик Объект Галактика (центр в Стрельце) Большое Магелланово Облако Малое Магелланово Облака Печь Скульптор Лев I Дракон Малая Медведица Лев II Пегас Орион Козерог Большая Медведица Секстан-С Змея Киль Тип Sb Ir Ir Ep* Ep Ep Ep Ep r, кпк MV 8 52 71 188 84 220 76 67 220 170 80 70 120 130 140 30 170 -21 -18 -16 -13 -12 -11 -9 -9 -7 -6 -6 - Масса, 106 МО 250000 14000 5000 20 3 4 0, 1 1 -

Андромеда (M 31, NGC 224) Треугольник (M 33, NGC 598) Андромеда (М 32) Андромеда (NGC 205) Кассиопея (NGC 185) Кассиопея (NGC 147) Андромеда-II (Рыбы) Андромеда-III Андромеда-IV Рыбы Кит (IC 1613) Стрелец (NGC 6822) Кассиопея (IC 10) Козерог Кит(WLM) Дева Лев-А Скульптор Секстан-А Sb Sc E 2 SB 0 E 3 E 5 Ep Ep Ep Ir Ir Ir 690 720 690 690 690 770 500 600 1250 1000 1300 1000 1100 1400 1300 -22 -19 -16 -15 -14 -11 -11 -9 -15 -17 -11 -14 -11 -13 -10 -14 360000 2600 2000 150 1 10 10 400 10 15000 30 300 40 400 10 1000

Скопление в созвездии Волосы Вероники

Cкопление Abell S 0740

Активные галактики и квазары Небольшая доля спиральных галактик характеризуется сильными и широкими линиями излучения, которые формируются в ядрах Г. Ответственным за нетепловое излучение ядра является очень компактное (0, 1 пк), скорее всего единое, тело, о чем свидетельствует характер переменности: наряду с медленной (годы! а D~30 Кпк!) низкоамплитудной составляющей имеется быстрая (месяцы и недели) высокоамлитудная составляющая (0. 5 и 1 m)(миниквазар!) Квазары (QSR - quasistellar radiosource) - мощные внегалактические источники, имеющие на фотографиях звездообразный вид. Открыты в 1960 г.

Активные галактики и квазары В 1963 г. Шмидт установил, что некоторые широкие эмиссионные линии в спектре квазара ЗС 273 соответствуют линиям бальмеровской серии водорода и линиям Mg. II, сильно смещённым в красную сторону. Z = Δλ/λ = 0, 158, что соответствует расстоянию 630 Мпк. На больших расстояниях число обычных галактик уменьшается относительно числа квазаров. Квазары - самые мощные по излучению объекты во Вселенной. Их болометрическая светимость достигает 1013 -1014 LО. По светимости квазары примыкают к активным галактикам и подобно им обладают переменностью излучения.

Активные галактики и квазары Характерные времена такие же, как и у активных галактик, что указывает на малые размеры области, ответственной за переменность излучения, ~1016 -1017 см (т. е. < 1 пк). Физический механизм, ответственный за генерацию столь мощного излучения в относительно небольшом объёме, вероятнее всего связан с аккрецией газа на массивную чёрную дыру (как и в ядрах активных и даже обычных галактик. Исследование квазаров, находящихся на расстояниях в миллиарды световых лет, чрезвычайно важно для космологии, в частности для выбора космологической модели, наиболее полно отражающей свойства реальной Вселенной.

Реликтовое (микроволновое фоновое) излучение В 1965 Пензиас и Уилсон, изучая в лабораториях фирмы «Белл» в Холмделе источники шума в системе спутниковой связи, открыли излучение с температурой около 2. 7 K, которое имеет спектр абсолютно черного тела и характеризуется высокой степенью изотропии. Оно было объяснено в рамках модели горячей Вселенной, разработанной Дж. Гамовым с сотрудниками в конце 40 -х годов, как след от начальной плотной и горячей фазы расширяющейся Вселенной. Это фоновое излучение, заполняющее Вселенную, было названо реликтовым. Обнаружение реликтового излучения не только подтвердило модель горячей Вселенной, но и дало возможность исследовать детали этой модели, ее следствия, многие аспекты теории образования галактик.

Реликтовое излучение Спустя ~ 300 тысяч лет после начала расширения Вселенной в модели Большого взрыва температура вещества и связанного с ним излучения уменьшилась до 4000 К. При этой температуре фотоны уже не могли ионизовать атомы водорода и гелия. Поэтому в ту эпоху, соответствующую красному смещению z = 1400 -1500, произошла рекомбинация горячей плазмы, в результате которой плазма превратилась в нейтральный газ (эпоха разделения вещества и излучения, после чего фотоны распространяются практически свободно – реликтовые! ). Спектр излучения остается планковским, температура убывает обратно пропорционально «размеру» Вселенной.

Спектр реликтового излучения хорошо изучен в диапазоне длин волн от 3 мм до 21 см. Интенсивность реликтового излучения в этом диапазоне не зависит от направления на небесной сфере с точностью до десятой доли % (угловая изотропия излучения). Данные об изотропии несколько различаются в зависимости от рассматриваемого углового масштаба. В мелких масштабах (от 3 до 150') существуют лишь ограничения на возможную анизотропию в виде неравенства d. Т/Т < 10 -4 (где d. Т - отклонение температуры от равновесного значения Т).

Реликтовое излучение В масштабе больше 30 o d. Т/T < (3 -5)· 10 -4. Наконец, в больших угловых масштабах обнаружена слабая дипольная анизотропия на уровне d. Т/T ≈ 10 -3. Это различие температур однозначно интерпретируется как результат движения Солнечной системы относительно фона реликтового излучения с V = 420 км/с (созвездие Кита). +3. 5 m. K -3. 5 m. K

Гравитационные линзы При прохождении света вблизи гравитирующего тела С его траектория искривляется. Угол отклонения луча и равен α=4 GM/с2 b, где b - прицельный параметр. Лучи, вышедшие из светящейся точки И, огибают тело С и достигают наблюдателя Н. Если источник света протяжённый, то наблюдатель увидит два сильно астигматичных изображения объекта. Тело С, к-рое своим тяготением искривляет поток лучей, получило название гравитационной линзы. Если гравитирующая масса линзы С не сосредоточена в центре объекта, а распределена по нек-рому объёму и лучи света могут свободно проходить через эту. массу (такой случай реализуется для большей части объёма галактик или скоплений галактик), то траектории лучей будут более сложными. Как правило, наблюдатель сможет увидеть три изображения светящегося объекта (третий луч может проходить через центральную часть гравлинзы, почти не отклоняясь от своего пути).

Гравитационные линзы Гравитационное поле галактики, видимой на переднем плане, фокусирует свет удаленного квазара в виде четырех его отдельных изображений. Для этого квазар должен находиться точно позади центра массивной галактики. Относительная яркость Креста Эйнштейна меняется, время от времени повышаясь за счет дополнительного эффекта гравитационного микролинзирования от отдельных звезд галактики. “Крест Эйнштейна”