Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Структуры галактик и их преобразования PAGE 173
Глава 4. Структуры галактик и их преобразования
4.1. Краткая история открытия и современные представления о галактиках
Слово «гала́ктика» (от греч. γαλαξίας — млечный) происходит от греческого названия нашей Галактики (kyklos galaktikos означает «молочное кольцо» — как описание наблюдаемого явления на ночном небе). Когда астрономы предположили, что различные небесные объекты, считавшиеся спиральными туманностями, могут быть огромными скоплениями звёзд, эти объекты стали называть «островными вселенными». Но очевидно, что такое использование термина неуместно, поскольку понятие «Вселенная» включает в себя всё существующее. Поэтому термин вышел из употребления, и был заменён на термин «галактика», который теперь применяется ко всем подобным объектам [1, 2].
В 1610 году Галилео Галилей обнаружил, что Млечный Путь, который он решил исследовать своим телескопом, состоит из огромного числа слабых звёзд. В своём трактате 1755 года, основанном на работах Томаса Райта (Thomas Wright), Иммануил Кант предположил, что Галактика может быть вращающимся телом, которое состоит из огромного количества звёзд, удерживаемых гравитационными силами, сходными с теми, что действуют в Солнечной системе, но в больших масштабах. С нашего места внутри Галактики получившийся диск будет виден на ночном небе как светлая полоса. Кант высказал и предположение, что некоторые из туманностей, видимых на ночном небе, могут быть отдельными галактиками.
К концу XVIII столетия Шарль Мессье составил каталог, содержащий 109 ярких туманностей, вслед за которым появился каталог из 5000 туманностей Уильяма Гершеля. После постройки своего телескопа в 1845 году лорд Росс смог увидеть различия между эллиптическими и спиральными туманностями. В некоторых из этих туманностей он смог выделить и отдельные источники света, что придавало гипотезе Канта большую правдоподобность. Однако вопрос о том, являются ли эти туманности отдельными галактиками, оставался спорным до начала 1920-х годов, когда благодаря новому телескопу Эдвин Хаббл дал на него ответ. Он сумел разглядеть внешние части некоторых спиральных туманностей как скопления отдельных звёзд и определить среди них переменные-цефеиды. Это позволило ему оценить расстояние до этих туманностей: они находились слишком далеко, чтобы быть частью Млечного Пути. В 1936 Хаббл построил классификацию галактик, которая используется по сей день и называется последовательностью Хаббла.
В 2004 году самой далёкой галактикой из тех, что когда-либо наблюдались человечеством, стала галактика Abell 1835 IR1916.
Гала́ктикой сегодня называется большая система из звёзд, межзвёздного газа, пыли, тёмной материи и, возможно, тёмной энергии, связанная силами гравитационного взаимодействия. Обычно галактики содержат от 10 миллионов (107) до нескольких триллионов (1012) звёзд, вращающихся вокруг общего центра тяжести. Кроме отдельных звёзд и разрежённой межзвёздной среды, большая часть галактик содержит множество кратных звёздных систем, звёздных скоплений и различных туманностей. Как правило, диаметр галактик составляет от нескольких тысяч до нескольких сотен тысяч световых лет, а расстояния между ними исчисляются миллионами световых лет.
Считается, что около 90 % массы галактик приходится на долю тёмной материи и энергии, природа этих невидимых компонентов пока не изучена. Существуют мнения о том, что в центре многих (если не всех) галактик находятся сверхмассивные чёрные дыры.
Межгалактическое пространство является практически чистым вакуумом (пустотой) со средней плотностью меньше одного атома вещества на кубический метр. Возможно, что в наблюдаемой части Вселенной находится около 1011 галактик.
Существует три основных вида галактик: эллиптические, спиральные и неправильные. Во многих случаях очень удобным оказывается их несколько более подробное Хаббловское деление на подвиды. Хаббловское деление (или камертон Хаббла), охватывающее все галактики, основывается на их визуально воспринимаемом строении. Вследствие этого оно может не учитывать очень важные характеристики галактик — такие, например, как темп звёздообразования.
Наша галактика Млечный Путь, называемая также просто Галактикой (с большой буквы), является большой дискообразной спиральной галактикой с перемычкой, диаметром около 30 килопарсек (или 100 000 световых лет) и толщиной в 3000 световых лет. Она содержит около 3×1011 звёзд, а её общая масса составляет около 6×1011 масс Солнца.
Рукава спиральных галактик своим видом похожи на логарифмическую спираль — форму волн плотности галактического газа, отмеченную областями звёздообразования: именно молодые яркие звёзды ранних спектральных классов дают видимую картину спиральных рукавов.
Отдельные звезды, звездные скопления и газовые облака непрерывно движутся в галактике, причем каждый объект описывает сложную незамкнутую траекторию вокруг центра масс галактики. Но непосредственно измерить перемещение звезд или облаков газа невозможно. Определение скорости движения различных объектов основано на эффекте Доплера, и производится по измерениям сдвига линий в их спектрах. Для звезд – это линии поглощения, для облаков ионизованного газа – линии излучения в оптическом спектре. Для облаков холодного газа, не излучающего света, используются радиолинии излучения водорода (длина волны 21 см) или молекулярных соединений, прежде всего – молекулы СО; большинство этих радиолиний лежит в сантиметровом и миллиметровом диапазонах. Разумеется, измерения дают лишь величину проекции скорости на луч зрения, а восстановление полного вектора скорости требует определенных предположений о характере движения объектов.
Оценка скоростей газа и звезд в галактиках имеет одну особенность: объекты, скорости которых определяются, обычно не видны по отдельности, так что измерения дают некоторые средние значения скоростей в данном месте галактики. При этом каждая звезда или облако газа может иметь скорость, заметно отличающуюся от средней. Поэтому часто говорят не о скорости отдельных объектов, а о скорости газа или звезд данного типа в определенной области галактики.
Скорости движения газа и звезд составляют от нескольких десятков километров в секунду в карликовых галактиках до 200–300 км/с (в редких случаях – до 400 км/с) в гигантских спиральных галактиках.
Все галактики вращаются, но не как твердые тела: орбитальный период объектов возрастает с увеличением расстояния до центра вращения (центра масс) галактики. При этом совокупность звезд и межзвездный газ могут иметь различные скорости вращения даже на одинаковом расстоянии от центра. Характер вращения галактик различных типов также не одинаков.
Как и звёзды, спиральные рукава вращаются вокруг центра масс, но с постоянной (не зависящей от расстояния до центра галактики) угловой скоростью, что означает, что время от времени звёзды проходят сквозь спиральные рукава. Считается, что спиральные рукава являются областями повышенной плотности, или волнами плотности. Когда звёзды проходят сквозь рукав галактики, они замедляются, несколько увеличивая среднюю плотность рукава. Подобные «волны», состоящие из медленно едущих машин, можно увидеть на переполненных дорогах. В результате возникающей неоднородности гравитационного потенциала (≈ 10—20 %) «догоняющий» межзвёздный газ разгоняется до сверхзвуковых скоростей и тормозится о «набегающий», образуя ударную волну со значительно повышенной, по сравнению со средней, плотностью. Рукава заметны потому, что повышенная плотность способствует формированию звёзд, из-за чего спиральные рукава населены молодыми голубыми звёздами.
Некоторые спиральные и неправильные галактики отличаются яркими звездообразными ядрами и сильными широкими линиями излучения в их спектрах. Первым обратил внимание на такую особенность и выделил галактики с этими признаками в отдельный класс в 1943 г. Карл Сейферт, по его имени они получили название сейфертовских галактик. Впоследствии оказалось, что такие галактики излучают в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазоне; в настоящее время (2006) активность сейфертовских галактик объясняется присутствием в их ядрах сверхмассивных чёрных дыр, на которые происходит аккреция галактического газа.
В 2003 году Майклом Дринкуотером (Michael Drinkwater) из университета Квинсленда (University of Queensland) был открыт новый вид галактик, классифицируемый как ультракомпактные карликовые галактики.
4.2. Структура спиральной галактики
Есть основания полагать, что среди всех типов галактик наиболее стабильными звездными образованиями являются галактики спиральной структуры, в том числе и наша Галактика. Таких галактик по статистике во Вселенной существует более 60% от общего числа галактик. Все остальные типы галактик – это те или иные переходные формы, динамически неустойчивые. Поэтому целесообразно рассмотреть именно структуру спиральной галактики на примере нашей Галактики.
Первая попытка определить форму Млечного Пути и положение Солнца в нём была предпринята Уильямом Гершелем в 1785 году при помощи тщательного подсчёта звёзд в различных участках неба. Используя усовершенствованный вариант метода, Каптейн (Kapteyn) в 1920 году сделал вывод о маленькой (диаметром в 15 килопарсек) сплюснутой галактике с Солнцем вблизи центра. Другой метод, использованный Харлоу Шепли (Harlow Shapley) и основанный на подсчете шаровых скоплений, дал совсем другую картину — плоский диск диаметром около 70 килопарсек с Солнцем, находящимся далеко от центра. Оба исследования не были точны из-за того, что не учитывали поглощение света межзвёздным газом в плоскости галактики. Современная картина нашей Галактики появилась в 1930 году, когда Роберт Джулиус Трумплер (Robert Julius Trumpler) измерил этот эффект, изучая распределение рассеянных звёздных скоплений, концентрирующихся в плоскости Галактики.
В 1944 году Хендрик Ван де Хулст (Hendrik van de Hulst) предсказал существование радиоизлучения с длиной волны в 21 см, излучаемого межзвёздным атомарным водородом, которое было обнаружено в 1951 году. Это излучение, не поглощаемое пылью, позволило дополнительно изучить Галактику благодаря доплеровскому смещению. Эти наблюдения привели к созданию модели с перемычкой в центре Галактики. Впоследствии прогресс радиотелескопов позволил отслеживать водород и в других галактиках. В 1970-х годах стало понятно, что общая видимая масса галактик (состоящая из массы звёзд и межзвёздного газа), не объясняет скорости вращения газа. Это привело к выводу о существовании тёмной материи.
Новые наблюдения, произведённые в начале 1990-х годов на Космическом телескопе имени Хаббла, показали, что тёмная материя в нашей Галактике не может состоять только из очень слабых и малых звёзд. На нём также были получены изображения далёкого космоса, получившие названия Hubble Deep Field и Hubble Ultra Deep Field, показавшие очевидность того, что в нашей Вселенной существуют сотни миллиардов галактик.
Данные многолетних наблюдений и их статистической обработки позволили уяснить формальную структуру нашей Галактики (Млечного пути) [3]. В настоящее время основные сведения о ней сводятся к следующему.
Все компоненты Галактики связаны в единую динамическую систему, вращающуюся, как считают астрономы, вокруг малой оси симметрии. Земному наблюдателю она представляется в виде Млечного пути и всего множества отдельных звезд, видимых на небе. Галактика состоит из множества звезд различных типов, а также звездных скоплений и ассоциаций, газовых и пылевых туманностей и отдельных атомов и частиц, рассеянных в межзвездном пространстве.
В составе Галактики имеется порядка 1011 звезд, большая часть их занимает объем линзообразной формы с поперечником около 100 тысяч и толщиной около 12 тысяч световых лет (1 световой год = 9,463·1012 км), т.е.1021 м и 1020 м соответственно. Меньшая часть заполняет почти сферический объем радиусом около 50 световых лет (5·1020 м). Поверхность шарового скопления – это старые желтые звезды.
Значительная часть молодых звезд сконцентрирована вокруг небольшой центральной области, названной ядром Галактики, плотность звезд здесь наивысшая по сравнению с другими областями Галактики.
Из ядра испускается протонно-водородный газ, масса которого составляет примерно 1–1,5 массы Солнца в год, т.е. (2–3)∙1030 кг. Скорость испускаемого ядром нашей Галактики газа в радиальном направлении примерно, 50 км/с, эта скорость падает в окрестностях Солнца до 7 км/с [4]. Из ядра выходят две спирали, в которых звезды расположены как в стенках труб; дальше от ядра находится больше старых звезд, ближе к ядру – больше молодых, однако в спиралях есть вкрапления, в которых также имеются небольшие скопления молодых звезд.
В спиралях имеется слабое магнитное поле, которое начинается от ядра и оканчивается на периферии Галактики, не замыкаясь. Это магнитное поле было обнаружено в 1949 г. Холлом и Хилтнером на основе наблюдений поляризации света [5]. Напряженность магнитного поля спиральных рукавов Галактики составляет 10–25 мкГс [6 – 17]. В работе [7] указывается на связь звездообразования с магнитным полем Галактики. Имеются различные гипотезы о происхождении магнитного поля спиральных рукавов, в частности, высказываются предположения о том, что магнитное поле является следствием турбулизации межзвездного газа.
Спирали находятся в общей плоскости, в этой же плоскости находится темная полоса газа и пыли, находящаяся с наружной стороны спиралей.
Все компоненты Галактики связаны в единую динамическую систему, вращающуюся, как считают астрономы, вокруг малой оси симметрии. Земному наблюдателю она представляется в виде Млечного пути и всего множества отдельных звезд, видимых на небе. Галактика состоит из множества звезд различных типов, а также звездных скоплений и ассоциаций, газовых и пылевых туманностей и отдельных атомов и частиц, рассеянных в межзвездном пространстве.
В составе Галактики имеется порядка 1011 звезд, большая часть их занимает объем линзообразной формы с поперечником около 100 тысяч и толщиной около 12 тысяч световых лет (1 световой год = 9,463·1012 км), т.е.1021 м и 1020 м соответственно. Меньшая часть заполняет почти сферический объем радиусом около 50 световых лет (5·1020 м). Поверхность шарового скопления – это старые желтые звезды.
Значительная часть молодых звезд сконцентрирована вокруг небольшой центральной области, названной ядром Галактики, плотность звезд здесь наивысшая по сравнению с другими областями Галактики.
Из ядра испускается протонно-водородный газ, масса которого составляет примерно 1–1,5 массы Солнца в год, т.е. (2–3)∙1030 кг. Скорость испускаемого ядром нашей Галактики газа в радиальном направлении примерно 50 км/с, эта скорость падает в окрестностях Солнца до 7 км/с [7]. Из ядра выходят две спирали, в которых звезды расположены как в стенках труб; дальше от ядра находится больше старых звезд, ближе к ядру – больше молодых, однако в спиралях есть вкрапления, в которых также имеются небольшие скопления молодых звезд.
В спиралях имеется слабое магнитное поле, которое начинается от ядра и оканчивается на периферии Галактики, не замыкаясь. Это магнитное поле было обнаружено в 1949 г. Холлом и Хилтнером на основе наблюдений поляризации света. Напряженность магнитного поля спиральных рукавов Галактики составляет 10–25 мкГс [6, 7, 18]. В работе [7] указывается на связь звездообразования с магнитным полем Галактики. Имеются различные гипотезы о происхождении магнитного поля спиральных рукавов, в частности, высказываются предположения о том, что магнитное поле является следствием турбулизации межзвездного газа.
Спирали находятся в общей плоскости, в этой же плоскости находится темная полоса газа и пыли, находящаяся с наружной стороны спиралей.
4.3. Кругооборот эфира в спиральной галактике
С учетом изложенного выше представляется следующий механизм эфирообмена внутри Галактики, который и обеспечил создание имеющейся структуры (рис. 4.1).
Струи эфира, перемещающиеся по спиральным рукавам Галактики от периферии к ядру, врываясь на высокой скорости порядка десятков тысяч километров в секунду и хаотически перемешиваясь, образуют многочисленные тороидальные винтовые вихри, которые, сжимаясь, одновременно делятся и, в конце концов, образуют протонный газ [9–12].
Каждый протон образует вокруг себя присоединенный вихрь эфира – электронную оболочку, чему способствуют соударения протонов друг с другом. В результате образуется протонно-водородный газ, который, расширяясь, удаляется из ядра Галактики.
Протонно-водородный газ, концентрируясь благодаря возникшим силам гравитации, собирается в облака, которые, сжимаясь, образуют звезды. Звезды имеют радиальную составляющую скорости, поскольку газ, образовавший их, такую скорость уже имел, и удаляются от ядра с той же скоростью, что и газ, т.е. со скоростью порядка 50 км/с. Часть этих звезд попадает в спиральные рукава, а часть в них не попадает.
Рис. 4.1. Эфиродинамическая структура спиральной галактики: а – вид на плоскость; б – вид сбоку.
Те звезды, которые попали в спиральный рукав, движутся навстречу эфирному потоку, притекающему в ядро от периферии Галактики. Образовавшаяся, но еще полностью не сформировавшаяся звезда испытывает сопротивление своему движению, на преодоление которого она тратит часть своей кинетической энергии, а, кроме того, внутри потока скорости эфира не одинаковы, и звезда начинает закручиваться этим потоком. В связи с тем что звезда продолжает сжиматься гравитационными силами, то накопленный момент количества движения заставляет ее самораскручиваться, что приводит к ускоренному вращению. В результате ее поверхность становится неустойчивой, на ней возникает одна или несколько приливных волн, отрывающихся от нее. Масса оторвавшегося вещества уже имеет внутреннее вращение, из нее начинают формироваться планеты, орбиты которых лежат в плоскости экватора звезды. При этом везде будет обеспечено прямое вращение, т.е. вращение орбит и сформировавшихся планет будет происходить в плоскости экватора звезды и иметь направление вращения то же, что и сама звезда. Все звезды, находящиеся вблизи друг друга, вращаются в одну и ту же сторону, звезды, находящиеся на противоположных сторонах спирали, должны вращаться в противоположные стороны.
Эфирный поток, двигаясь по спиральному рукаву Галактики, образует структуру типа трубы, вращаясь вокруг оси спирали. При подходе к ядру Галактики эфирный поток сужается, увеличивает скорость и изменяет направление с тангенциального на осевое. Во внешней области трубы образуется пограничный слой, не позволяющий эфиру покинуть тело трубы, а центробежная сила выгоняет эфир к стенкам трубы. Поэтому в стенках спиральных рукавов плотность эфира выше, чем вне спиральных рукавов или внутри них. Именно в стенках градиент скорости эфира , поэтому звезда, коснувшаяся даже края стенки, будет затем засосана в стенку трубы. Этим и объясняется тот факт, что звезды в спиральных рукавах находятся именно в их стенках. Внешнему наблюдателю закрученный поток эфира в спиральных рукавах должен представляеться как магнитное поле.
Расчет показывает, что осевое смещение эфира составляет в районе Солнечной системы всего 10–5– 10–6 м/с. Это означает, что за один оборот вокруг оси спирального рукава эфир окажется смещенным к ядру на 106–105 км. В районе же ядра спиральные рукава существенно уменьшают площадь поперечного сечения, что вызывает значительное (на несколько порядков) увеличение течения эфира в осевом направлении.
Таким образом, в пределах спирального рукава поток эфира движется по спирали с переменным шагом (рис. 4.2, а), что напоминает картину стока воды в ванной (рис. 4.2, б).
Рис. 4.2. Движение по спирали с переменным шагом: а – движение эфира в спиральном рукаве Галактики; б – движение воды при стоке в отверстие
Как и в каждой струе газа, по поверхности потока образуется пограничный слой, в котором имеется градиент скорости (рис. 4.3, а). Образованная в центральной области звезда будет затянута в этот пограничный слой, так как давление эфира со стороны градиентного течения будет меньше. Любая звезда в пограничном слое окажется под воздействием эфирного потока, имеющего градиент скорости, что вынудит ее начать вращательное движение, ось которого направлена перпендикулярно направлениям скорости и градиента (рис. 4.3, б).
Рис. 4.3. Тело в градиентном потоке эфира: а – перемещение тела в область наибольшего градиента скоростей газовой струи; б – создание вращательного движения тела в градиентной струе газа
На фотографиях спиральных галактик видно, что вблизи ядра площадь сечения спиралей сокращается не менее, чем на порядок. Еще на один порядок сократится толщина потока эфира. С учетом изменения направления эфирного ветра в районе ядра нужно полагать, что скорость эфирного ветра в самом ядре составит не менее чем 1 тыс км/с, а плотность эфира увеличится не менее, чем на один порядок и составит 10–10 кг/м3.
К тому времени, когда звезда, перемещаясь по инерции, окажется на краю Галактики, нуклоны, образующие вещество звезды и ее планет, потеряют значительную часть энергии и распадутся, вернув эфир, их образующий, в свободное состояние.
Растворение вещества в эфире может происходить спокойно, а может носить и взрывной характер. Последнее связано с тем, что потерявший энергию протон увеличивается в размерах, соответственно увеличивается и его внутреннее отверстие. Состояние атома становится неустойчивым, при небольшом возмущении эфирный поток присоединенного вихря может изменить направление замыкания и вновь, как это было на первой стадии создания протона, замкнуться через его центр. Процесс здесь тоже должен носить лавинный характер. Тогда достаточно быстро вся звезда окажется состоящей из ионизированного газа, который ничем не удерживается. Звезда взрывается, что и может явиться причиной взрыва так называемых «сверхновых» (а точнее, сверхстарых) звезд. Однако постепенное растворение вещества бывает, видимо, чаще, чем лавинная ионизация всего вещества звезды. На этом существование звезд, попавших в спиральные рукава галактик, прекращается.
Звезды, не попавшие в спиральные рукава галактики, более или менее равномерно распределяются в телесном угле и двигаются по радиусу от ядра, образуя шаровое скопление вокруг ядра. Они не испытывают на своем пути сопротивления встречного потока, они не вращаются и соответственно не могут иметь планетных систем. Поскольку на ранней стадии они не омывались эфирным потоком, то никакого дополнительного градиента скоростей их нуклоны не имели, поэтому их устойчивость ниже, чем у протонов, попавших в спиральные рукава. Время существования нуклонов звезд шарового скопления должно быть меньше, чем у звезд, находящихся в спиральных рукавах галактик. Стареют эти звезды одновременно, а затем растворяются на периферии шарового скопления. Поэтому на поверхности шарового скопления все звезды старые.
Растворение в эфире вещества звезд шарового скопления создает на поверхности шарового скопления избыточное давление эфира. В то же время в плоскости галактики спиральные рукава создают пониженное давление эфира, поэтому весь избыточный эфир с поверхности шарового скопления устремляется к боковым поверхностями спиральных рукавов и далее принимает участие в общем потоке. Потоки эфира, идущие от шарового скопления к спиральным рукавам галактики захватывают в своем движении газ и пыль космического пространства и сосредоточивают эту массу в плоскости галактики, поскольку именно здесь оказываются области с минимальным давлением и максимальными градиентами скоростей эфира. Таково, вероятно, происхождение темной полосы вдоль рукавов спиральных галактик.
В Галактике имеется согласованное движение всех ее компонентов – вещества в виде газа и образованных им звезд, с одной стороны, и потоков эфира, с другой. Это движение устойчиво и может длиться сколь угодно долго, пока столкновение комет в ней или в соседней галактике не приведет к созданию новой области вихреобразования, которая при достаточно больших размерах и большой начальной энергии не окажется устойчивой, тогда эта область послужит началом рождения новой галактики и возможно приведет к гибели уже существующую.
Таким образом, в нашей Галактике, являющейся типовой галактикой спиральной структуры, осуществляется кругооборот эфира: от ядра Галактики к периферии – в составе звезд и межзвездного газа, от периферии к ядру – в виде потока свободного эфира, того самого «эфирного ветра» («ether drift»), по поводу которого так много было баталий.
Следует обратить внимание на то, что в спиральной галактике осуществляется устойчивый кругооборот эфира, который может длиться неопределенно долго – сотни и тысячи миллиардов лет, а мог бы длиться и вечно, если бы во Вселенной не существовали другие процессы, о которых речь пойдет ниже.
Солнечная система существует примерно 5,5 млрд. лет [31, 52, 54, 55], а расстояние, на котором Солнечная система отстоит от ядра Галактики, составляет примерно 2/3 галактического радиуса, нетрудно подсчитать, что при равномерной скорости движения общее время устойчивости вещества составляет 8–10 млрд. лет.
Если же учесть, что в состав Галактики входит примерно 8·1010 звезд со средней массой, равной массе Солнца [31], то время устойчивости вещества может быть определено и как 50 млрд. лет. Такую разницу по времени устойчивости вещества можно объяснить неравномерностью движения звезд от ядра к периферии, замедлением этого движения, что видно уже на примере излучаемого из ядра Галактики газа.
Как известно, о вращении галактик исследователи до сих пор судили по движению звезд вокруг центра. Однако если судить по перемещению эфирных струй внутри спиральных рукавов, то вывод должен быть другой: Галактика вращается, но в противоположном относительно движения звезд направлении. Правильным будет такой вывод: рукава Галактики в пространстве в основном сохраняют свое положение неизменным, звезды в них перемещаются от ядра к периферии, а потоки эфира в спиральных рукавах движутся в обратном направлении. То же происходит и во всех других спиральных галактиках.
К настоящему времени определены основные типы галактик и звездных образований в наблюдаемой Вселенной [23–45].
Морфологическая классификация галактик, которую предложил в 1922 г. американский астроном Э.Хаббл, носит формальный характер, поскольку галактики расклассифицированы по внешней форме (спиральные, эллиптические, иррегулярные, т.е. не правильные, и т.п.). Вторая классификаци Хаббла отличается от первой некоторыми дополнениями, но не существом [19]. Последующие авторы Ван ден Берг, Вокулер, Шепли и другие уточняли хаббловскую классификацию, обращали внимание на те или иные детали, однако и в основе их классификации лежали больше формальные, нежели сущностные, принципы (рис. 4.4).
В соответствии с этими классификациями все виды галактик делятся на следующие:
1) спиральные галактики, характерные двумя сравнительно яркими ветвями, расположенными вокруг ядра по спирали. Ветви выходят либо из яркого ядра (такие галактики обозначаются S), либо из концов светлой перемычки, пересекающей ядро (обозначаются SB);
2) эллиптические галактики (Е), имеющие форму эллипсоидов;
3) иррегулярные (неправильные) галактики (I), имеющие неправильную форму.
Рис. 4.4. Морфологическая классификации галактик по Хабблу: различные типы галактик расположены на схеме таким образом, что относительное содержание в них газа и молодых звезд уменьшается слева направо.
По степени клочковатости ветвей спиральные галактики разделяются на подтипы: а, b и с. У первых из таких галактик ветви аморфны, у вторых несколько клочковаты, у третьих очень клочковаты, а ядро всегда неярко и мало. Установлено, что клочковатость спиральных ветвей и их голубизна растут с повышением в них горячих голубых звезд, их скоплений и диффузных туманностей. Центральная шаровая часть спиральных галактик желтее, чем ветви, и содержат старые звезды (население 2-го типа) и тогда как плоские спиральные ветви состоят из молодых звезд (население 1-го типа). Плотность звезд растет с приближением к экваториальной плоскости. Считается, что спиральные галактики вращаются вокруг центра галактики, на периферии угловая и линейная скорости убывают. В спиральных галактиках ядра имеют либо шаровую форму, либо форму бруска (бара), из которых и исходят ветви спиральных галактик.
В настоящее время открыты кольцевые и дисковидные галактики со всеми градациями обилия горячих звезд и пыли. Открыты эллиптические карликовые галактики с низкой поверхностной яркостью, а также множество далеких компактных галактик с огромными красными смещениями. Но наиболее компактные из них имеют голубоватый цвет. Те из них, которые обладают мощным не тепловым радиоизлучением, называются N-галактиками. Звездообразные источники с таким излучением называются квазарами (квазизвездными радиоисточниками), а галактики, обладающие мощным радиоизлучением и имеющие заметные угловые размеры, – радиогалактиками. Те из них, которые имеют особо мощное нетепловое радиоизлучение, обладают преимущественно эллиптической формой, встречаются и спиральные. В галактиках Сейферта имеются мощные выбросы газа и слабое нетепловое радиоизлучение.
Наряду с галактиками в космическом пространстве существуют точечные радиоисточники, оптически невидимые. Время от времени взрываются так называемые сверхновые звезды, мощность излучения которых весьма высока. Существуют также пульсары, которые предположительно являются быстровращающимися звездами с узким лучом излучения. В космическом пространстве имеются облака газа, пыли, которые также испускают электромагнитное излучение. Предполагается, что в космосе имеются так называемые «черные дыры» – объекты, в которые может безвозвратно проваливаться вещество, так утверждает Общая теория относительности Эйнштейна, но они пока (?) не обнаружены.
О расстояниях от земного наблюдателя до звездных и галактических объектов судят по «Красному смещению» их спектров. Современная точка зрения приписывает факт «Красного смещения» расширению Вселенной, так что скорость перемещения объекта прямо пропорциональна его удалению. Предполагается, что на каждые миллион парсек скорость удаления объектов возрастает на 100 км/с (закон Хаббла).
Следует заметить, что причины такого устройства космического пространства, происхождение и взаимодействие объектов фактически не установлены, высказываемые предположения о происхождении, эволюции объектов и их взаимодействии носят в основном спекулятивный характер.
4.5. Функциональная классификация галактик
Восстановление концепции эфира создает принципиальную возможность по-иному подойти к классификации галактик на основе их функционирования [43, 44]. Ни в коем случае не претендуя на полноту такой классификации, попытаться предпринять такую попытку вполне своевременно и целесообразно.
Процесс образования вещества – протонного газа в ядрах галактик связан с соударением струй эфира на высоких скоростях. При достаточной энергии соударений струй будут рождаться вихревые кольца, непрерывно делящиеся и уплотняющиеся. Последняя стадия их образования – достижение критической плотности и высокой устойчивости, это уплотненные винтовые тороидальные вихри эфира – протоны. Промежуточные стадии – вихри самых разнообразных размеров, продолжающие деление и порождающие во время этих преобразований вокруг себя самые разнообразные винтовые возмущения, которые расходятся во все стороны и которые воспринимаются как электромагнитные излучения широкого диапазона волн.
Начало созданию ядра новой галактики может дать столкновение комет, рожденных планетными системами внутри существующих галактик. Кометы, число которых в каждой галактике составляет сотни миллиардов, порождаются планетами в результате выброса из тел планет накопившегося там эфира. Вырвавшаяся во внешнее пространство струя эфира превращается на выходе из тела планеты в тороидальный вихрь, во внутренних областях которого скорости эфирные струи могут достигать сверхсветовых скоростей. Ядро кометы – собственно тороид – может иметь размер метров, но может иметь размер и тысяч километров, что бывает редко.
Столкновение комет весьма не частое явление, но вероятность такого столкновения отнюдь не нулевая. Столкновение комет достаточно крупного размера способно создать новый очаг вихреобразования внутри галактик. Несмотря на то что сами кометы имеют относительно невысокую скорость, струи эфира, образующие тело кометы, движутся внутри кометы со скоростями, многократно превышающими скорость света, и соударение таких струй приводит к возникновению новой области вихреобразования эфира.
В области вихреобразования самопроизвольное деление и уплотнение вихрей эфира происходят до тех пор, пока плотность эфира в стенках вихрей не достигает критической величины, на этой стадии – стадии образования протонов – дальнейшее деление и уплотнение прекращаются. Простой расчет показывает, что при существующей в околоземном пространстве плотности эфира уплотнение происходит на 28 порядков, что ведет к падению давления эфира в области вихреобразования. Падение давления привлекает потоки эфира из сопряженных областей, что приводит в движение весь окружающий эфир, и процесс вихреобразования продолжается.
Поскольку первоначально процесс вихреобразования был вызван перемещающимися в пространстве кометами, то после их столкновения их общее направление перемещения центра вихреобразования изменяется, и новый центр вихреобразования – ядро будущей галактики может удаляться из своей галактики в любом направлении, включая и возможность выхода за пределы галактики, в которой он образовался.
На том этапе развития нового центра вихреобразования, когда процесс образования вещества проходит уже достаточно интенсивно, но новых звезд образовано еще мало, соударения эфирных струй и деление вихрей будут порождать всевозможные винтовые неуплотненные эфирные структуры, распространяющиеся во все стороны и воспринимаемые и как световые, и как радиоизлучения широкого спектра частот. Эти излучения не экранируются другими звездами по причине того, что их еще мало. Такое образование вполне справедливо отождествить с точечными радиоисточниками, практически невидимыми в оптическом диапазоне.
Если в результате вихреобразования образовалось такое количество вещества, что оно способно собираться в звезды, то тогда такое ядро становится видимым уже более ярко, и оно может быть отождествлено с квазарами – мощными радиоисточниками малой протяженности.
Дальнейшее наращивание числа звезд приведет к тому, что часть излучения начнет экранироваться образованными звездами. Такие галактики получили название Сейфертовских.
Увеличение числа образованных звезд, наращивание их числа приведут к увеличению размеров новой галактики и снижению интенсивности радиоизлучения. Это радиогалактики. Они еще достаточно компактны и излучают относительно мощное оптическое и радиоизлучение, превышающее средние данные.
Дальнейшее наращивание числа звезд и их удаление из зоны ядра приведут к увеличению размеров галактики. Звезды равномерно распространяются во всех направлениях, при достаточном числе они становятся видны как шаровые скопления (рис. 4.5, а). Возраст звезд в этом шаровом скоплении может быть различным в зависимости от времени, прошедшего с момента их образования, они могут быть молодыми, а могут быть и старыми, но это уже не во всем объеме, а на поверхности. В зависимости от числа звезд меняется и интенсивность их излучения, у более старых галактик оно должно быть меньше, и цвет их должен быть более желтым.
Начиная с определенного момента вещество, образованное в ядре и составляющее тело звезды, оказывается неустойчивым. Протоны потеряли энергию за счет вязкости окружающего эфира, и они начинают растворяться в окружающем эфире. Это происходит на периферии галактики. При распаде уплотненный эфир протонов переходит в свободное состояние и давление эфира в пространстве вокруг галактики возрастает. Разность давлений между периферией, где давление увеличено, и ядром, где давление уменьшено, заставляет эфирные массы возвращаться к ядру и включаться в процесс вихреобразования и образования новых протонных масс, из которых будут формироваться новые звезды.
Рис. 4.5. Различные виды галактик: а – шаровое скопление; б – типовая спиральная галактика, вид на плоскость; в – спиральная галактика, вид под углом; г – спиральная галактика, вид сбоку
По мере установления процесса формируются ветви галактик, постепенно приобретающие спиральную форму по аналогии с водоворотом. В этих ветвях образуются два потока: звезды движутся от ядра к периферии, эфирные потоки движутся от периферии к ядру, а сами ветви в основном сохраняют свое положение в пространстве неизменным. Таковы спиральные галактики (рис. 4.5, б–г).
Здесь возможны варианты. Если процесс вихреобразования в ядрах галактик, исчерпав окружающий эфир, сохранит свою интенсивность до того момента, когда к нему начнет поступать эфир от ранее образовавшихся в его ядре звезд, то процесс вихреобразования будет поддержан, и спиральная галактика окажется устойчивой. Тогда она сможет существовать неопределенно долго. Наличие в спиральных рукавах областей с молодыми звездами говорит о том, что в этих областях начался процесс вихреобразования и создания новых ядер галактик со всеми вытекающими отсюда последствиями. Разумеется, вовсе не обязательно, чтобы эти ядра реально стали родоначальниками новых галактик, они могут и не быть поддержаны эфирными потоками, но принципиально такая возможность существует
Однако если интенсивное вихреобразование в ядре галактики исчерпает окружающий эфир до того, как новые порции эфира начнут поступать от своей периферии, то вихреобразование прекратится, давление в центре постепенно выровняется и эфир, позже выделенный в пространство при растворении вещества, останется там же, на периферии. При этом если спирали уже начали образовываться, но интенсивности обратного тока эфира в них оказалось недостаточно для поддержания вихреобразования, то растворение вещества звезд будет происходить и в районе этих спиралей. Вокруг галактики образуются две области повышенного давления эфира, в которых будут происходить вялые процессы столкновения струй и образования относительно длинноволнового радиоизлучения. В самой же галактике спиральные ветви начнут деформироваться, распадаться, и галактика начнет приобретать эллиптическую форму.
Все эти процессы происходят в новой галактике без учета того, что же делается в той галактике, из которой вырвались кометы.
Как уже упоминалось в связи с делением тороидальных вихрей эфира и их уплотнением, в новом центре вихреобразования давление эфира снижается, и это заставляет устремляться туда все новые массы эфира, которые включаются в процесс вихреобразования. Область пониженного давления начинает расширяться и достигает в первую очередь той галактики, которая породила эту новую область вихреобразования. И если ранее, до появления нового центра вихреобразования освободившийся в результате распада вещества эфир направлялся к ядру своей галактики, в котором это вещество было образовано, то теперь освободившийся эфир будет направляться к новому центру вихреобразования.
Далее новый очаг вихреобразования, снижая давление эфира, будет способствовать перекачке эфира из соседних областей старой галактики к себе. Падение давления эфира вызовет ускоренное разложение вещества звезд и межзвездной среды в ближайших к этому очагу областях старой галактики. Этот процесс будет поддерживать вихреобразование нового центра, который будет постепенно выходить за пределы галактики, захватывая все новые порции эфира и вещества и наращивая свою мощность. При достаточной мощности потоки эфира начнут захватывать и звезды, что будет наблюдаться в виде тонкого звездного мостика между галактикой – родительницей нового очага вихреобразования и этим очагом. Однако сами звезды практически не участвуют в процессе вихреобразования. Эфирные потоки, захватившие звезды, будут усваиваться новым центром вихреобразования, создавая новые звезды, но прибывшие из галактики звезды будут проскальзывать сквозь это центр, образуя «хвост» – звездный поток, пронизывающий новый центр и выходящий далеко за его пределы. Длина этого «хвоста» будет определяться временем устойчивости протонов. После их распада на конце «хвоста» высвободившийся эфир отправится к ядру новой галактики, для того чтобы принять участие в вихреобразовании. Поток этого эфира от конца «хвоста» к ядру новой галактики наблюдателями должен восприниматься как слабое магнитное поле.
Новый центр вихреобразования есть ядро новой галактики, а получившаяся система из двух галактик получила в астрономии название двойных галактик. Впервые такие двойные галактики были обнаружены в 60-е годы советским астрономом Б.А.Воронцовым-Вельяминовым [20–21] числом нескольких сот, сейчас их число насчитывает тысячи (рис. 4.6).
Таким образом, в двойных галактиках одна – старая, гибнущая, отдающая свою материю – эфир другой галактике – новой, усваивающей этот эфир.
Однако далее судьба этой новой галактики будет зависеть от того, сохранится ли новый центр вихреобразования до того момента, когда звезды, образованные им и ушедшие на периферию, начнут распадаться, преобразуясь в свободный эфир, и успеет ли освободившийся эфир вернуться к новому ядру.
Если этот процесс успевает начаться до того момента, как окружающий эфир будет использован до уровня некоторого минимального давления, то далее весь процесс станет самовозобновляемым и начнет формироваться структура будущей спиральной галактики со всеми промежуточными стадиями.
Рис. 4.6. Взаимодействующие галактики: а – схема взаимодействия галактик; б – фотография двойной галактики.
Здесь возможен этап, когда звезды старой галактики почти полностью растворились в эфире, кроме остатков перемычки между галактиками. Образовавшиеся спирали новой галактики будут тогда замыкаться на эти остатки. Принципиально можно рассматривать бар как протяженное ядро или как остатки бывшей перемычки между галактиками, но такое предположение весьма искусственно, и оно в дальнейшем должно быть уточнено.
Рис 4. 7. Неправильная галактика – последняя стадия существования звездного скопления
Если же процесс возврата эфира от звезд в новой галактике не успеет наладиться, а эфира в окружающем новый центр вихреобразования окажется недостаточно для поддержания процесса вихреобразования, то он начнет затухать, тогда распад вещества на периферии галактики будет происходить без отсоса эфира (рис. 4.7). Давление на периферии будет возрастать, что задержит распад вещества звезд, однако этот процесс растворения звезд будет продолжаться, хотя и медленнее, чем в спиральных галактиках, в которых избыточный эфир отсасывается от периферии и уходит к ядру. Такие галактики с остановившимся процессом вихреобразования будут медленно таять, как облака в земной атмосфере. Вероятно, такими галактиками и являются галактики, уже не имеющие своего ядра – Магеллановы облака, Конская голова, а также галактики кольцевой формы и некоторые другие, ныне называемые неправильными .
Весь остальной газ и всевозможные излучения, находящиеся в пространстве, имеют те же причины образования и, в конце концов, распадутся и перейдут в свободный эфир, а на их место ядрами галактик будут образованы новые массы вещества и излучений. Излучения также будут создаваться звездами, и судьба их будет та же.
Таким образом, эфиродинамический подход позволяет систематизировать основные внегалактические объекты не по формальному, а по функциональному признаку. Функциональная классификация галактик опирается на понимание внутреннего процесса образования и распада вещества (рис. 4.8).
Рис. 4.8. Эфиродинамическая функциональная классификация галактик
Последовательность галактик в такой классификации может выглядеть следующим образом:
– точечные радиоисточники и их дробление по типам в зависимости от интенсивности, состава спектра и расстояния; это центры вихреобразования эфира и будущие ядра галактик;
– квазары – бывшие точечные радиоисточники и ядра будущих галактик;
– Сейфертовские галактики – бывшие квазары и будущие радиогалактики;
– радиогалактики – бывшие Сейфертовские галактики и будущие шаровые скопления звезд;
– шаровые скопления – бывшие радиогалактики и будущие спиральные галактики;
– спиральные галактики и их дробление по типам, напри-мер, по числу существующих в них новых очагов вихреобразования, признаком которых является наличие скоплений молодых звезд в различных областях галактики; это бывшие шаровые скопления;
– эллиптические галактики, которые можно рассматривать как бывшие спиральные, в спиралях которых прекратился поток эфира от периферии к центру, вихреобразование прекратилось, ядра утратили активность, а спирали распались;
– двойные галактики, делящиеся по признаку соотношения масс связанных галактик, из чего может быть сделан вывод о моментах образования новой и гибели старой галактики;
– галактики, в которых отсутствуют ядра («облака), делящиеся по признаку заключенной в них массе и по удельной плотности, характеризующих их возраст; это гибнущие галактики.
Начало этому процессу, как было показано, может дать столкновение комет, зародившихся в одной из существующих галактик. Окончание этого процесса заключается в растворении массы вещества гибнущей галатики и переходе ее материи в свободный эфир. Давление в эфире будет повышено, и это создаст дополнительные условия для использования этой массы эфира ближайшими развивающимися галактиками.
Вероятно, могут быть найдены и другие функциональные признаки, которые могут быть положены в основу функциональной классификации галактик.
Выводы
1. В настоящее время установлено, что во всей Вселенной имеется множество галактик, сами галактики состоят из множества звезд, и во многих из них продолжается процесс звездообразования.
2. Наиболее устойчивыми следует считать спиральные галактики, которых большинство и в которых имеется ядро, окруженное молодыми звездами, две спирали, имеющие трубчатое сечение, в стенках которых сосредоточены звезды, и сферическую шапку старых звезд, расположенных примерно на равных расстояниях от центра ядра.
3. Вопреки установившемуся мнению, между галактиками отсутствует гравитационное взаимодействие, потому что дальность его распространения составляет всего несколько сотен а.е.
4. Существующая классификация галактик, разработанная американским астрономом Хабблом, создана на морфологической основе, т.е. она принимает во внимание форму галактик, но не их механизм. Морфологическая классификация не раскрывает развития галактик и последовательности перехода одних галактик в другие.
5. Предлагается функциональная эфиродинамическая функ-циональная классификация галактик, основанная на представлении о кругообороте эфира в галактиках и во всей Вселенной. Эта классификация учитывает зарождение, развитие и гибель галактик и переход одних форм галактик в другие.
PAGE 172 Глава 4.