какая доля массы галактики приходится на звезды
Тест с ответами: “Галактики”
I вариант.
1. Галактикой называется система из звезд, межзвездного газа и пыли, темной материи. Верно ли это утверждение:
а) да +
б) нет
в) частично
2. Галактики вращаются вокруг:
а) звезд
б) общего центра тяжести +
в) планет
3. В чем измеряется расстояние между галактиками:
а) век
б) год
в) световой год +
4. Примерное количество галактик во Вселенной на сегодняшний день:
а) 1011
б) 100
в) 10 000
5. Один из видов галактик:
а) сферическая
б) правильная
в) эллиптическая +
6. Один из видов галактик:
а) конусовидная
б) спиральная +
в) правильная
7. Один из видов галактик:
а) шарообразная
б) правильная
в) неправильная +
8. Является ли галактикой Млечный путь:
а) да +
б) нет
в) отчасти
9. На что приходится около 90 % масс галактик:
а) на пыль
б) на светлую материю
в) на темную материю +
10. На что приходится около 90 % масс галактик:
а) на газ
б) на энергию +
в) на пыль
11. Доля эллиптических галактик в общем числе галактик в наблюдаемой части Вселенной:
а) 25 % +
б) 35 %
в) 15 %
12. К какому виду галактик относится наша Галактика:
а) Шарообразная
б) Спиральная +
в) Эллиптическа
13. Доля линзообразных галактик:
а) 20 % +
б) 10 %
в) 15 %
14. Темная полоса, идущая вдоль диска спиральной галактики:
а) скопление холодных звезд поздних спектральных классов
б) места, в которых много планетарных туманностей
в) непрозрачный слой межзвездной среды, скопление межзвездной пыли и газа +
15. Наиболее компактная область галактик, в которой наблюдается сильная концентрация звезд – в каждом кубическом парсеке находятся тысячи звезд, называется:
а) ядро галактики +
б) диск
в) спиральная ветвь
16. Гигантские молекулярные облака, располагающиеся в Галактике и имеющие температуру Т= 5 – 10К, характерное время жизни 10 млн. лет – 100 млн. лет и массу, около миллиона масс Солнца, связаны с:
а) пульсарами
б) очагами звездообразования +
в) шаровыми звездными скоплениями
17. Один из источников космических лучей:
а) желтые карлики
б) космические излучения
в) солнечные вспышки +
18. Один из источников космических лучей:
а) космические излучения
б) пульсары +
в) желтые карлики
19. Один из источников космических лучей:
а) излучения вселенной
б) белые карлики
в) ядро Галактики +
20. Один из источников космических лучей:
а) излучения вселенной
б) красные сверхгиганты +
в) белые карлики
II вариант.
1. Линзообразные галактики с закрученными вокруг ядра спиральными рукавами из молодых звезд, газа и пыли представляют собой:
а) спиральные галактики +
б) эллиптические галактики
в) неправильные галактики
2. Джеты по современным данным образуются вследствие:
а) сильного “галактического ветра” в плоскости галактик
б) истечения заряженных частиц в окрестности черной дыры в центре галактики и сжатые в струю сильным магнитным полем +
в) одновременного взрыва нескольких сверхновых звезд
3. К какому типу галактик относится Туманность Андромеды:
а) эллиптическая галактика
б) неправильная галактика
в) спиральная галактика без перемычки +
4. Нет большого количества красных сверхгигантов, что соответствует по современным эволюционным представлениям о молодости галактик:
а) в спиральных галактиках без перемычки
б) в неправильных галактиках +
в) в спиральных галактиках с перемычкой
25. Если цвет галактики голубоватый, галактика излучает в оптических спектральных линиях, которые возникают при облучении газа ультрафиолетовым излучением голубых сверхгигантов и регистрируется мощное излучение “теплой” межзвездной пыли, это говорит о:
а) пониженной активности звездообразования
б) повышенной частоте вспышек новых звезд
в) повышенной активности звездообразования +
6. При интенсивном звездообразовании в молодых галактиках:
а) галактики характеризуются высокой степенью металличности
б) галактики характеризуются низкой степенью металличности и повышенным количеством голубых сверхгигантов +
в) в галактиках содержится большое количество пыли
7. Галактика почти лишенная межзвездного газа, не содержащая молодых звезд и имеющая только сферическую подсистему:
а) эллиптическая +
б) неправильная
в) взаимодействующая
8. Вращение галактик обнаруживается с помощью:
а) закона Кеплера
б) закона Хаббла
в) эффекта Допплера +
9. Индикаторами звездообразования в галактиках являются:
а) массивные звезды и окружающие их эмиссионные туманности +
б) шаровые скопления
в) скопления межзвездной пыли
10. Яркая центральная часть сферической составляющей, видная как вздутие диска галактики:
а) шаровое скопление
б) балдж +
в) ядро
11. Что понимается под “гравитационно-связанной системой, состоящей из сотен миллиардов звезд и межзвездной среды”?
а) Млечный путь
б) Галактика+
в) Солнечная система
12. Что такое балдж?
а) шарообразное утолщение+
б) сплюснутый шар
в) линзовидная форма
13. Что такое ядро Галактики?
а) менее плотная и рассеянная центральная часть Галактики
б) менее плотная и компактная центральная часть Галактики
в) наиболее плотная и компактная центральная часть Галактики+
14. Определите виды звездных скоплений:
а) линзовидные
б) рассеянные+
в) шаровые+
г) все варианты ответов
15. Что такое рассеянное звездное скопление?
а) не имеющая правильной формы сравнительно неплотная группа звезд, содержащая от нескольких десятков до несколько тысяч звезд+
б) имеющая правильную форму сравнительно неплотная группа звезд, содержащая от нескольких десятков до несколько тысяч звезд
в) не имеющая правильной формы сравнительно плотная группа звезд, содержащая от нескольких десятков до несколько тысяч звезд
16. Вспомните, кто доказал вращение Галактики?
а) М.А. Коваленок
б) М.А. Ковалевский
в) М.А. Ковальский+
17. Сколько существут законов вращения Галактики?
а) 1
б) 2
в) 3
г) 4
д) 5+
18. Отметьте, какая форма у нашей Галактики?
а) линзовидная сфера
б) плоский линзообразный диск+
в) объемная сфера
19. Что такое дифференциальное вращение?
а) вращение, при котором период вращения убывает по мере удаления от центра
б) вращение, при котором линейная скорость вращения убывает по мере удаления от центра
в) вращение, при котором угловая скорость вращения убывает по мере удаления от центра+
20. Определите первый закон вращения Галактики:
а) все звезды диска Галактики обращаются вокруг ее ядра по орбитам, близким к круговым+
б) все звезды диска Галактики обращаются в ядре по орбитам, близким к круговым
в) все звезды диска Галактики обращаются вокруг ее ядра по орбитам, близким к сферическим
С астрономией на «ты». 5-7 классы
Галактика и галактики
Структура Галактики
Фотографий нашей Галактики снаружи, издалека не существует. Поэтому о том, как она выглядит, мы можем лишь догадываться. Однако известно, что наша Галактика спиральная с перемычкой и имеет уплощённую, линзовидную форму с утолщением в середине. Возможно, она выглядит вот так (компьютерная модель):
Через центр ядра проходит перемычка длиной около 27 000 св. лет, состоящая преимущественно из старых красноватых звёзд.
Перемычка окружена кольцом длиной около 17 000 св. лет, содержащим большое количество молекулярного водорода. В кольце происходит активное образование новых звёзд. Если можно было бы посмотреть на нашу Галактику снаружи, то это кольцо светилось бы довольно ярко бело-голубоватым светом.
Кроме звёзд, рукава содержат и огромные облака ионизованного водорода (розовые вкрапления на верхней фотографии), а также облака пыли. Пыль хорошо видна на фотографии в виде коричневых прожилок в рукавах. Она хорошо заметна и на фотографиях Млечного Пути (выглядит как коричневый дым):
Вот так выглядит человек в инфракрасном свете:
А вот этот же участок Млечного Пути в видимых лучах:
Инфракрасные телескопы показали нам, как выглядит центральное скопление звёзд Галактики (стрелками показано возможное положение сверхмассивной чёрной дыры):
Общая масса Галактики составляет около 6 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 кг (6·10 42 кг). Большая часть массы Галактики содержится не в звёздах и межзвёздном газе, а в гало и так называемой тёмной материи.
Наша Галактика медленно вращается вокруг центра. Солнцу требуется около 200 миллионов лет, чтобы совершить 1 оборот вокруг центра (1 галактический год).
Состав Галактики
Рассеянные звёздные скопления (РЗС) располагаются вблизи галактической плоскости, в рукавах и содержат от нескольких десятков до несколько сотен молодых звёзд (часто среди них встречаются белые и голубые гиганты и сверхгиганты). РЗС образуются из огромных водородных облаков и газо-пылевых туманностей. РЗС имеют обычно неправильную форму. РЗС сильно отличаются по форме. Примерами известных с древности рассеянных скоплений являются Гиады, Плеяды, Ясли, которые видны невооружённым глазом. С изобретением телескопа было открыто множество невидимых невооружённым глазом РЗС. В РЗС звёзды довольно слабо связаны между собой силами взаимного тяготения, и поэтому со временем РЗС ещё больше рассеиваются.
Шаровые звёздные скопления (ШЗС) в отличие от РЗС содержат сотни тысяч звёзд, как правило, старых (т.е. находящихся на поздних стадиях своей эволюции) и поэтому красных. ШЗС очень устойчивы, они со временем не распадаются, потому что звёзды близки друг к другу и между ними сильны силы взаимного тяготения. Звёзды в них не образуются, поскольку не из чего образовываться, ведь ШЗС находятся в гало, а там нет водорода для образования звёзд. В ШЗС плотность звёзд увеличивается к центру. ШЗС очень похожи друг на друга.
Другие галактики
Во Вселенной миллионы галактик самой разнообразной формы. Эдвин Хаббл когда-то предложил простейшую классификацию галактик, которая с тех пор называется классификацией галактик по Хабблу («Камертон Хаббла»).
Он выделил 4 основных типа галактик:
Обозначения галактик в классификации Хаббла:
Галактики не висят на одном месте, а медленно движутся, в целом удаляясь друг от друга. Это говорит о расширении Вселенной. Однако, близко расположенные галактики, как, напирмер, наша Галактика и галактика «Туманность Андромеды», из-за взаимного тяготения могут сближаться и сливаться друг с другом. В будущем наша Галактика сольётся с галактикой в Андромеде.
Учёными обнаружено много взаимодействующих, сливающихся галактик. Их взаимное гравитационное притяжение сильно исказило их форму:
При слиянии галактик их звёзды не сталкиваются между собой, а проходят в промежутки между другими звёздами.
Галактики в космосе расположены не равномерно, а кучками, образуя издалека нечто вроде волокон или прожилок (смотри справа налево):
Учёные говорят, что Вселенная имеет ячеистую структуру.
Звездный континент: как устроена галактика
Галактики наблюдали с незапамятных времен. Человек с острым зрением может различить на ночном небосводе светлые пятна, похожие на капли молока. В Х веке персидский астроном Абд-аль-Раман аль-Суфи упомянул в своей «Книге о неподвижных звездах» два подобных пятна, известных теперь как Большое Магелланово облако и галактика М31, она же Андромеда. С появлением телескопов астрономы наблюдали все больше таких объектов, получивших название туманностей. Если английский астроном Эдмунд Галлей в 1716 году перечислил всего шесть туманностей, то каталог, опубликованный в 1784 году астрономом французского военно-морского флота Шарлем Мессье, содержал уже 110 — и среди них четыре десятка настоящих галактик (в том числе и М31). В 1802 году Уильям Гершель опубликовал перечень из 2500 туманностей, а его сын Джон в 1864 году издал каталог, где было более 5000 туманностей.
Природа этих объектов долгое время ускользала от понимания. В середине XVIII века некоторые проницательные умы увидели в них звездные системы, подобные Млечному Пути, однако телескопы в то время не предоставляли возможности проверить эту гипотезу. Столетием позже восторжествовало мнение, что каждая туманность — это газовое облако, подсвеченное изнутри молодой звездой. Позже астрономы убедились, что некоторые туманности, в том числе и Андромеда, содержат множество звезд, однако еще долго не было ясно, расположены они в нашей Галактике или за ее пределами. И лишь в 1923—1924 годах Эдвин Хаббл определил, что расстояние от Земли до Андромеды как минимум троекратно превосходит диаметр Млечного Пути (на самом деле примерно в 20 раз) и что М33, другая туманность из каталога Мессье, удалена от нас на никак не меньшую дистанцию. Эти результаты положили начало новой научной дисциплине — галактической астрономии.
Карлики и гиганты
Вселенная заполнена галактиками разного размера и разных масс. Их количество известно весьма приблизительно. В 2004 году орбитальный телескоп «Хаббл» за три с половиной месяца обнаружил около 10 000 галактик, сканируя в южном созвездии Печи участок небосвода, в сто раз меньший, нежели площадь лунного диска. Если предположить, что галактики распределяются по небесной сфере с такой же плотностью, получится, что в наблюдаемом космосе их 200 млрд. Однако эта оценка сильно занижена, поскольку телескоп не смог заметить великое множество очень тусклых галактик.
Форма и содержание
Галактики различаются и морфологией (то есть формой). В целом их подразделяют на три основных класса — дисковидные, эллиптические и неправильные (иррегулярные). Это общая классификация, есть гораздо более детальные.
Дисковидная галактика — это звездный блин, вращающийся вокруг оси, проходящей через его геометрический центр. Обычно по обе стороны центральной зоны блина имеется овальное вздутие — балдж (от англ. bulge). Балдж тоже вращается, однако с меньшей угловой скоростью, нежели диск. В плоскости диска нередко наблюдаются спиральные ветви, изобилующие сравнительно молодыми яркими светилами. Однако есть галактические диски и без спиральной структуры, где таких звезд много меньше.
Центральную зону дисковидной галактики может рассекать звездная перемычка — бар. Пространство внутри диска заполнено газопылевой средой — исходным материалом для новых звезд и планетных систем. Галактика имеет два диска: звездный и газовый. Они окружены галактическим гало — сферическим облаком разреженного горячего газа и темной материи, которая и вносит основной вклад в полную массу галактики. Гало вмещает также отдельные старые звезды и шаровые звездные скопления (глобулярные кластеры) возрастом до 13 млрд лет. В центре едва ли не любой дисковидной галактики, как с балджем, так и без балджа, расположена сверхмассивная черная дыра. Самые крупные галактики этого типа содержат по 500 млрд звезд.
Млечный путь
Солнце обращается вокруг центра вполне рядовой спиральной галактики, в состав которой входят 200-400 миллиардов звезд. Ее диаметр приблизительно равен 28 килопарсекам (чуть больше 90 световых лет). Радиус солнечной внутригалактической орбиты — 8,5 килопарсек (так что наше светило смещено к внешнему краю галактического диска), время полного оборота вокруг центра Галактики — примерно 250 миллионов лет.
Балдж Млечного Пути имеет эллипсовидную форму и наделен баром, который обнаружили совсем недавно. В центре балджа находится компактное ядро, заполненное звездами различного возраста — от нескольких миллионов лет до миллиарда и старше. Внутри ядра за плотными пылевыми облаками скрывается достаточно скромная по галактическим стандартам черная дыра — всего лишь 3,7 миллиона солнечных масс.
Наша Галактика может похвастаться двойным звездным диском. На долю внутреннего диска, который имеет по вертикали не более 500 парсек, приходится 95% звезд дисковой зоны, в том числе все молодые яркие звезды. Его охватывает внешний диск толщиной в полторы тысячи парсек, где обитают звезды постарше. Газовый (точнее, газо-пылевой) диск Млечного Пути имеет в толщину не менее 3,5 килопарсек. Четыре спиральных рукава диска представляют собой области повышенной плотности газо-пылевой среды и содержат большинство самых массивных звезд.
Диаметр гало Млечного Пути не менее, чем вдвое больше диаметра диска. Там обнаружено порядка 150 глобулярных кластеров, причем, скорее всего, еще с полсотни пока не открыты. Возраст старейших кластеров превышает 13 миллиардов лет. Гало заполнено темной материей, имеющей комковатую структуру. До недавнего времени полагали, что гало почти шарообразно, однако, по последним данным, оно может быть значительно приплюснуто. Общая масса Галактики может составлять до 3 триллионов солнечных масс, причем на долю темной материи приходится 90-95%. Масса звезд Млечного Пути оценивается в 90-100 миллиардов масс Солнца.
Эллиптическая галактика, как и следует из ее названия, имеет форму эллипсоида. Она не вращается как целое и потому не обладает осевой симметрией. Ее звезды, которые в основном имеют сравнительно небольшую массу и солидный возраст, обращаются вокруг галактического центра в разных плоскостях и иногда не по отдельности, а сильно вытянутыми цепочками. Новые светила в эллиптических галактиках загораются редко в связи с дефицитом исходного сырья — молекулярного водорода.
Как самые крупные, так и самые мелкие галактики относятся к эллиптическому типу. Общая доля его представителей в галактическом населении Вселенной всего около 20%. Эти галактики (возможно, за исключением самых мелких и тусклых) также скрывают в своих центральных зонах сверхмассивные черные дыры. Эллиптические галактики имеют и гало, но не столь четкие, как у дисковидных.
Все прочие галактики считаются иррегулярными. Они содержат много пыли и газа и активно порождают молодые звезды. На умеренных расстояниях от Млечного Пути таких галактик немного, всего-то 3%. Однако среди объектов с большим красным смещением, чей свет был испущен не позже, чем через 3 млрд лет после Большого взрыва, их доля резко возрастает. Судя по всему, все звездные системы первого поколения были невелики и обладали неправильными очертаниями, а крупные дисковидные и эллиптические галактики возникли гораздо позже.
Рождение галактик
Галактики появились на свет вскоре после звезд. Считается, что первые светила вспыхнули никак не позднее, чем спустя 150 млн лет после Большого взрыва. В январе 2011 года команда астрономов, обрабатывавших информацию с космического телескопа «Хаббл», сообщила о вероятном наблюдении галактики, чей свет ушел в космос через 480 млн лет после Большого взрыва. В апреле еще одна исследовательская группа обнаружила галактику, которая, по всей вероятности, уже вполне сформировалась, когда юной Вселенной было около 200 млн лет.
Условия для рождения звезд и галактик возникли задолго до его начала. Когда Вселенная прошла возрастную отметку в 400 000 лет, плазма в космическом пространстве заменилась смесью из нейтрального гелия и водорода. Этот газ был еще чересчур горяч, чтобы стянуться в молекулярные облака, дающие начало звездам. Однако он соседствовал с частицами темной материи, изначально распределенными в пространстве не вполне равномерно — где чуть плотнее, где разреженнее. Они не взаимодействовали с барионным газом и потому под действием взаимного притяжения свободно стягивались в зоны повышенной плотности. Согласно модельным вычислениям, уже через сотню миллионов лет после Большого взрыва в космосе образовались облака темной материи величиной с нынешнюю Солнечную систему. Они объединялись в более крупные структуры, невзирая на расширение пространства. Так возникли скопления облаков темной материи, а потом и скопления этих скоплений. Они втягивали в себя космический газ, предоставляя ему возможность сгущаться и коллапсировать. Таким путем появились первые сверхмассивные звезды, которые быстро взрывались сверхновыми и оставляли после себя черные дыры. Эти взрывы обогащали космическое пространство элементами тяжелее гелия, которые способствовали охлаждению коллапсирующих газовых облаков и потому делали возможным появление менее массивных звезд второго поколения. Такие звезды уже могли существовать миллиарды лет и потому были в состоянии формировать (опять-таки с помощью темной материи) гравитационно связанные системы. Так возникли долгоживущие галактики, в том числе и наша.