Наиболее крупные и относительно обособленные скопления космической матери с высокой долей светящихся объектов принято называть галактиками. Ранее считалось, что это преимущественно звёздные скопления. Более детальное изучение в последние десятилетия характера движения их внутренних частей показало, что невидимая масса в них может многократно превышать массу видимых звёзд. Причём бόльшая часть невидимой материи находится за пределами видимой части галактик. Вид этой материи пока неизвестен, но вполне очевидно, что это не могут быть массивные тела или большие скопления космической пыли. Такие объекты легко регистрируются на фоне более далёких светящихся галактик. По одному из предположений невидимая масса может быть представлена скоплениями нейтрино.
Современные характеристики форм и размеров галактик основаны на оценках их видимых (светящихся) частей. Размеры могут быть самыми различными, вплоть до того, что существуют одиночные звёзды и небольшие их скопления, не входящие ни в какие галактики. Указать размеры, начиная с которых следует считать скопления галактиками, невозможно. Обычно галактиками называют скопления, число звёзд в которых превышает сотни млн. Число звёзд в наиболее крупных галактиках может достигать триллионов (≈1012), а размеры – сотен тысяч световых лет.
Форма галактик также может быть самой различной. Но, поскольку устойчивыми являются только вращающиеся скопления, многие галактики имеют форму тел вращения (эллиптические или сферические галактики). Преобладают же во Вселенной спиральные галактики. Это объясняется тем, что большие массы миллиардов звёзд ведут себя подобно некоторым объёмам текучих газовых или жидких сред, состоящих из частиц с относительно слабыми связями. Из законов гидро- и газодинамики известно, что, получая какие-либо импульсы энергии (внешние воздействия), такие массы приходят в движение с образованием вихрей. Особенностью такого движения является постепенное убывание угловой скорости от центра вихря к периферии и, наоборот, линейная скорость от центра к периферии возрастает. Нечто подобное происходит и при образовании галактик, поэтому большинство из них являются спиральными. Фотография одной из таких галактик представлена на рис.4.2.
Подобное строение имеет и галактика, в которую входит наша Солнечная система. Наша галактика, которую иногда называют «Млечный путь», представляет собой диск толщиной 1500 и диаметром около 100 тыс. световых лет (≈1018 км).
В центральной части диска находится ядро сферической формы, диаметр которого примерно в несколько раз больше толщины диска. Сильная светимость ядра обусловлена высокой концентрацией звёзд, которая в 108 раз превышает их концентрацию в диске. Диск образован двумя закручивающимися спиральными ветвями, как бы исходящими из ядра. Млечный путь на ночном небе соответствует направлению экваториальной плоскости (диска галактики).
Место, приблизительно соответствующее расположению нашего Солнца, отмечено на рис.4.2 квадратом. В действительности Солнце находится в относительно разряжённой области между двумя спиральными ветвями, на расстоянии приблизительно 30 тыс. световых лет от центра галактики. Солнце, вместе с ближайшими звёздами, движется вокруг центра галактики со скоростью 250 км/с и делает один оборот за 250 млн лет.
Расстояние до ближайшей к нам звезды α-Центавра составляет около 3 световых лет. Это означает, что в разрежённых областях галактик расстояния между звёздами превышает размеры самих звёзд примерно в десятки млн раз. Средние межзвёздные расстояния в ядре на два порядка меньше. Преодолеть такие расстояния, летя со скоростью света, можно за несколько дней или недель. Вероятность случайного столкновения звёзд в галактике оценивается величиной примерно одного за 15 млрд лет.
Количество звёзд в нашей галактике составляет порядка 1011. Число видимых на небосводе звёзд зависит от остроты зрения и оценивается величиной в среднем по 2 тысячи в каждом полушарии. То есть все видимые звёзды – это лишь одна стомлнная часть галактики. На рис. 4.2 такое количество не выходит за пределы самой мелкой, едва различимой точки.
Звёзды во всех частях галактики распределены неравномерно, в виде одиночных звёзд, рассеянных и шаровых скоплений. Рассеянные скопления содержат до нескольких тысяч, а шаровые – до сотен тысяч звёзд. На рис.4.2 шаровые скопления выглядят в виде светящихся средних и крупных точек. В нашей галактике таких скоплений насчитывается около 100.
В спиральных ветвях часто обнаруживаются крупные газовые туманности, слабо рассеивающие свет, и пылевые облака с сильным поглощением света. Так, шаровая галактика в созвездии Центавра выглядит в виде двух половинок, разделённых гигантским пылевым скоплением. Концентрация атомов водорода в газовых туманностях составляет тысячи на см3, в то время как в обычном межзвёздном пространстве эта величина не превышает 0,1 на см3. По данным В.И. Вернадского , в космическом пространстве помимо водорода обнаруживаются и атомы тяжёлых элементов: натрия (Na) – 6, калия (К) – 0,1 и кальция (Са) – 0,001 на м3. Для сравнения отметим, что концентрация молекул в нижних слоях атмосферы Земли определяется величиной порядка 1019 на 1 см3.
Количество галактик, наблюдаемых в настоящее время, исчисляется миллиардами. Среди них встречаются и так называемые радиогалактики, как, например, радиогалактика в созвездии Лебедя. Излучение таких галактик в радиодиапазоне многократно превышает их излучение в видимой части спектра. В центрах многих галактик протекают активные процессы, пока неизученной природы, сопровождающиеся выбросами материи, годовой объём которой соответствует млнам Солнц.
Галактики, как и звёзды, распределены в пространстве неравномерно и образуют местные скопления различной величины. Расстояние между галактиками может быть самым разным. Иногда они почти соприкасаются друг с другом, но обычно в местных скоплениях промежутки между ними сопоставимы с размерами самих галактик.
Наша галактика входит в относительно небольшое скопление (около 20), имеющее размеры не более 1 млн световых лет. Ближайшими спутниками нашей галактики являются две неправильные галактики: Большое и Малое Магеллановы облака. Чуть дальше находится спиральная галактика Туманность Андромеды, которая подобна нашей галактике и вместе с ней составляет основу местного скопления. Туманность Андромеды крупнее нашей галактики и имеет пару мелких эллиптических галактик-спутников. Очень крупное скопление галактик, расположенное от нас на расстоянии 400 млн св. лет, наблюдается в созвездии Волосы Вероники и состоит из 40 тыс. галактик.
Совокупность всех наблюдаемых в настоящее время галактик принято называть метагалактикой и отождествлять её со всей Вселенной. По мнению некоторых учёных, со временем от такого отождествления придётся отказаться из-за возможности обнаружения других метагалактик.
Исследования последних десятилетий показывают, что кажущаяся хаотичность распределения галактик в масштабах млн световых лет, начинает проявлять определённую закономерность, если рассматривать совокупности в масштабах миллиардов световых лет. Была разработана компьютерная модель, которая позволяла получить расположение млн галактик, изображенных точками в трёхмерном пространстве. Оказалось, что образующаяся структура напоминает объёмные ячейки, подобные пчелиным сотам или ячейкам пористой губки. Стенки этих ячеек составлены скоплениями галактик, а центральные части (пустоты) практически не содержат галактик. Объяснение этому явлению пока не дано.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему