Spiral'naya struktura galaktik

Ris. 1. Klassifikaciya spiral'nyh galaktik po Zh. Vokuleru

Gaz v spiral'nyh rukavah sostoit v osnovnom iz vodoroda. Obychno on prakticheski neionizovan (neitral'nyi vodorod, HI), no vokrug goryachih zvezd vodorod ionizovan (Zony HII). Gaz chasto obrazuet plotnye diffuznye tumannosti, takzhe sluzhashie orientirom pri opredelenii vida spiral'nyh vetvei. Eshe odnim priznakom vetvei yavl. rasseyannaya v gaze mezhzvezdnaya pyl', obnaruzhivaemaya po proizvodimomu eyu poglosheniyu. Ona vidna kak tonkaya temnaya polosa po vnutrennemu (blizhe k centru galaktiki) krayu spiral'noi vetvi. Krome togo, v rukavah nablyudayutsya tonkie poloski, peresekayushie rukava (ris. 2) i otdel'nye temnye massy. Koncentraciya zvezd, obrazuyushih galaktich. disk, tozhe neskol'ko uvelichivaetsya v vetvyah, no ne tak sil'no, kak koncentraciya gaza.

Zvezdy, gaz i dr. ob'ekty galaktich. diska dvizhutsya po orbitam, blizkim k krugovym. Eksperimental'no ustanovleno, chto uglovaya skorost' etogo dvizheniya kak f-ciya radiusa, t.e. , ubyvaet s udaleniem ot centra galaktiki. Pri takom haraktere vrasheniya bol'shie gazovye oblaka ili dr. protyazhennye obrazovaniya rastyagivayutsya i stanovyatsya pohozhimi na chast' spiral'noi vetvi. Odnako spiral'nye vetvi ne mogli vozniknut' takim putem. Differencial'noe vrashenie sposobno sozdat' struktury, pohozhie na nablyudaemye rukava, men'she chem za 10⁹ let. V techenie nesk. oborotov Galaktiki, vozrast k-roi prevyshaet 10¹⁰ let, takie struktury dolzhny byli razrushit'sya, prostranstvennnoe raspredelenie vodoroda, pyli i goryachih zvezd stat' neregulyarnym, chego v bol'shinstve sluchaev ne nablyudaetsya.

B. Lindblad (Shveciya) pervym vyskazal ideyu o tom, chto spiral'nye vetvi mogut byt' volnami plotnosti. V 1964 g. C. Lin i F. Shu (SShA) pokazali, chto v galaktikah deistvitel'no mogut sushestvovat' volny plotnosti spiralevidnoi formy, vrashayushiesya s uglovoi skorost'yu (t.e. forma fronta takih voln ne iskazhaetsya differencial'nym vrasheniem galaaktich. diska) i rasprostranyayushiesya po radiusu s opredelennoi gruppovoi skorost'yu v_gr. Poskol'ku v Galaktike gaza malo (2-5%), to volny rasprostranyayutsya po zvezdnomu naseleniyu, v k-rom oni mogut vozbuzhdat'sya, a gaz uzhe reagiruet na vozmushenie gravitacionnogo potenciala, svyazannogo s volnami, begushimi po sisteme zvezd, t.e. ego dvizhenie v gravitac. pole rukavov yavl. nesamosoglasovannym.

Galaktiki predstavlyayut soboi t.n. besstolknovitel'nye zvezdnye sistemy, t.k. vremya mezhdu dvumya posledovatel'nymi sblizheniyami k.-l. zvezdy s dr. zvezdoi na 3-4 poryadka bol'she vozrasta galaktiki. Poetomu vozmozhnost' rasprostraneniya voln v takih sistemah dovol'no neobychna. Zdes' uprugost', neobhodimaya dlya rasprostraneniya voln plotnosti, obuslovlena silami Koriolisa, privodyashimi k epiciklicheskomu dvizheniyu zvezd, t.e. v konechnom schete - vrasheniyu sistemy.

Ris. 2. Fotografiya spiral'noi galaktiki M51 tipa Sc s galaktikoi-sputnikom. Na vnutrennei chasti rukavov vidny temnye polosy - rezul'tat szhatiya gaza i pyli udarnoi volnoi.

V volne koncentraciya zvezd uvelichivaetsya neznachitel'no (sootvetstvuyushee izmenenie gravitac. potenciala 10-20%). Odnako reakciya mezhzvezdnogo gaza dazhe na stol' znachitel'noe izmenenie gravitac. potenciala galaktiki velika: razgonyayas' v pole spiral'noi volny zvezdnoi plotnosti, gaz priobretaet sverhzvukovuyu skorost' i szhimaetsya v nesk. raz. Eto mozhet privesti k vozniknoveniyu global'noi (ohvatyvayushei bol'shuyu chast' diska) udarnoi volny v mezhzvezdnom gaze. Odnim iz nablyudatel'nyh proyavlenii tormozheniya gaza v udarnoi volne (gaz dogonyaet pri svoem galaktich. dvizhenii rukava i zatem tormozitsya) yavl. temnye polosy plotnogo gaza s pyl'yu na vnutr. kromke spiral'nyh rukavov (ris. 2). Szhatie gaza mozhet sluzhit' spuskovym mehanizmom (triggerom) dlya obrazovaniya zvezd. Deistvitel'no, indikatorami spiral'noi struktury obychno sluzhat molodye OB-zvezdy i ih associacii, zony HII, ostatki vspyshek sverhnovyh, molekulyarnye temnye oblaka, H₂O-mazery, istochniki -izlucheniya (sm. Zvezdoobrazovanie). Pri protekanii mezhzvezdnogo gaza cherez spiral'nye rukava v nem mogut proishodit' svoego roda fazovye perehody s obrazovaniem oblachnoi struktury. Eto prolivaet svet na proishozhdenie sosushestvuyushih odnovremenno razlichnyh faz (holodnoi, teploi, goryachei) mezhzvezdnogo gaza.

Volnovaya teoriya spiral'noi struktury galaktik razrabotana dostatochno detal'no i dopuskaet kolichestvennoe sravnenie s nablyudeniyami. Odnako imeetsya ryad nereshennyh problem. Regulyarnyi spiral'nyi uzor nablyudaetsya daleko ne vo vseh galaktikah, chasto vidna dovol'no neregulyarnaya struktura, sostoyashaya iz mnogih korotkih obrazovanii, k-rye lish' "v celom" formiruyut podobie spiral'nyh rukavov. Regulyarnyi global'nyi spiral'nyi uzor nablyudaetsya obychno u galaktik, imeyushih bar, i u galaktik so "sputnikami" (ris. 2). V etih sluchayah regulyarnaya struktura nahodit ob'yasnenie. Tak, imeyushiisya v centre galaktiki bar deistvuet kak generator, vozbuzhdayushii i podderzhivayushii volny plotnosti. Galaktika-sputnik, kak pokazyvayut raschety na EVM, takzhe mozhet vozbuzhdat' spiral'nye volny plotnosti v osn. galaktike, blagodarya voznikayushim zdes' prilivnym silam.

Nesmotrya na to chto volnovaya interpretaciya spiral'nogo uzora galaktik yavl. prakticheski obsheprinyatoi, v ramkah samoi volnovoi teorii sushestvuyut tochki zreniya, okonchatel'nyi vybor mezhdu k-rymi mogut pomoch' sdelat' tol'ko nablyudeniya. Esli Galaktiku so vsemi ee podsistemami rassmatrivat' kak beskonechno tonkii disk s nek-roi sr. dispersiei skorostei zvezd i spoverhnostnoi plotnost'yu, sootvetstvuyushei proekcii polnoi plotnosti v dannoi tochke, i pripisat' etoi modeli nablyudaemuyu krivuyu vrasheniya galaktiki, to geometriya dvuhrukavnogo uzora okazyvaetsya sovpadayushei s nablyudaemoi pri 13 km/(skpk) dlya opredelennogo tipa voln plotnosti. Soglasno drugoi tochke zreniya, tip voln plotnosti opredelyaetsya ploskoi podsistemoi i dispersiei skorostei ee komponentov, k-raya namnogo men'she znacheniya, prinyatogo v pervom sluchae. Pri etom geometriya nablyudaemogo uzora luchshe opisyvaetsya dr. tipom voln s 24 km/(skpk). Imeetsya ryad teoretich. soobrazhenii i dannyh nablyudenii, svidetel'stvuyushih, po-vidimomu, v pol'zu togo, chto v Galaktike realizuetsya vtoroi sluchai. Esli eto tak, to Solnce v Galaktike nahoditsya v isklyuchitel'nom polozhenii, chto mozhet imet' daleko idushie posledstviya dlya kosmogonii Solnechnoi sistemy i proishozhdeniya v nei zhizni. Poskol'ku galaktich. disk vrashaetsya differencial'no, a spiral'nye rukava - tverdotel'no, v Galaktike dolzhna sushestvovat' okruzhnost', na k-roi uglovye skorosti diska i volny plotnosti ravny. Takaya okruzhnost' naz. korotacionnoi (ot angl. corotation - sovmestnoe vrashenie). Ee radius R=R_C opredelyaetsya usloviem . Poskol'ku v kazhdoi spiral'noi galaktike mozhet sushestvovat' tol'ko odna takaya okruzhnost', to, ochevidno, ona yavl. vydelennoi. Uglovaya skorost' vrasheniya Solnca v Galaktike 25 km/(skpk), rasstoyanie Solnca do centra Galaktiki 10 kpk. Esli 24 km/(skpk), to, soglasno, modeli Shmidta (1965 g.), napr., 10,3 kpk. Eto znachit, chto galaktich. orbita Solnechnoi sistemy blizka k korotacionnoi okruzhnosti i, sledovatel'no, nahoditsya v osobom polozhenii.

Teoriya voln plotnosti razreshila principial'nye trudnosti v ponimanii prirody S.s.g. Odnako v celom problema spiral'noi sturktury poka daleka ot okonchatel'nogo resheniya. Neyasny istochniki energii voln i mehanizmy, prepyatstvuyushie ih zatuhaniyu, tipy voln, otvetstvennye za nablyudaemye spiral'nye uzory v galaktikah. Ne udaetsya poka ob'yasnit' vse mnogoobrazie nablyudaemyh form spiral'noi struktury.

Lit.:
Marochnik L.S., Suchkov A.A., Galaktika, M., 1984; Kaplan S.A., Pikel'ner S.B., Fizika mezhzvezdnoi sredy, M., 1979; Rol'fs K., Lekcii po teorii voln plotnosti, per. s angl., M., 1980; Vokuler Zh., Klassifikaciya i morfologiya galaktik, v sb.: Stroenie zvezdnyh sistem, per. s nem., M., 1962.

(L.S. Marochnik)