Реферат «Происхождение и развитие галактик и звезд»
Происхождение и развитие галактик и звезд
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………………………..3
1. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ЗВЕЗД И ГАЛАКТИК
1.1 Происхождение и эволюция галактик………………………………………………….4
1.2. Рождение и эволюция звезд………………………………………………………………..7
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………………………….11
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………………………..12
ПРИЛОЖЕНИЯ…………………………………………………………………………………13
ВВЕДЕНИЕ
В своем реферате, я опишу происхождение и развитие галактик и звезд. И прежде чем перейти к данной теме, для начала раскрою некоторые понятия.
Вообще вопросами происхождения и развитием галактики и звёзд занимаются не только астрономы и физики, но также и философы. Существует множество версии и гипотез — религиозные, материалистические и эзотерические. В настоящее время большей популярностью пользуются гипотезы, которые основываются на астрономических наблюдениях и на математическо-физических обобщениях.
Область науки, в которой Вселенная изучается, как единое целое называется космология. А раздел, который изучает происхождение и развитие космических объектов и систем называется космогонией.
Возникновение галактик — появление крупных гравитационно-связанных скоплений материи, имевшее место в далёком прошлом Вселенной.
А что такое развитие или по научному «эволюция» звезд и галактик? Эволюция звезд — это последовательность изменений, которым звезда подвергается в течении своей жизни. В течении миллиардов лет такие изменения оказываются весьма значительными.
Количественные и качественные изменения, которые претерпевают галактики за очень длительные промежутки времени называется эволюция галактик.
Происхождение галактик и звезд привлекает очень много внимания и плодотворно изучается, но не стоит забывать, что единой концепции не существует. Дело состоит в том, что собрано очень много информации, но она вся разрозненная.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ЗВЕЗД И ГАЛАКТИК
1.1 Происхождение и эволюция галактик
Огромный сдвиг в знаниях произошел с обнаружением относительности и скорости света. Ведь это позволило понять, что мы видим не просто космическую даль, а как бы оглядываемся в прошлое. Когда перед вами возникает объект в миллиарде световых лет, вы видите его таким, каким он был миллиард лет назад. Эта «машина времени» помогла познакомиться с галактической эволюцией.
Все объекты берут свое начало от Большого Взрыва, разрастаясь и меняясь со временем. Этот процесс все еще окутан легкой дымкой таинственности, поэтому манит ученых.
Вселенская материя появилась 13.8 миллиардов лет назад в момент Большого Взрыва. В тот временной отрезок она была настолько упакована и сжата, что представляла собою небольшой шар с неисчислимой плотностью и интенсивным теплом – сингулярность. Внезапно запустился процесс расширения, и сингулярность стала увеличивать свои «границы».
Чем больше Вселенная расширялась, тем сильнее остывала. Поэтому у материи появилась возможность распределиться практически равномерно. Дальше гравитация стала притягивать плотные области, накапливая газовые облака и большие скопления, которые и стали древними галактиками (родились первые звезды). Некоторые из них были маленькими и трансформировались в карликовые галактики, другие (покрупнее) – спиральные.
Полноценные галактики объединялись в группы, скопления и сверхскопления. В масштабах своей группы они могли подойти на достаточно близкое расстояние, чтобы запустить процесс слияния. Результат всегда зависит от массы.
В стандартном сценарии маленькие присоединяются к крупным («съедаются»). Не так давно и Млечный Путь «пообедал» несколькими карликовыми галактиками, присоединив их звезды к себе. Интересно наблюдать за ударом одинаково крупных галактик, которые в конце трансформируются в гигантские эллиптические.
В момент столкновения их спиральная структура рушится, поэтому позволяет перейти на новый уровень. Эллиптические считаются крупнейшими в своем виде. Кроме того, при слиянии увеличиваются и центральные сверхмассивные черные дыры.
Правда, здесь стоит отметить, что не во всех случаях все заканчивается появлением эллиптической галактики. Полагают, что некий контакт уже сейчас происходит между нашей галактикой и Магеллановыми Облаками. Даже больше, оказывается, что Карликовая галактика в Большом Псе уже стала частью Млечного Пути.
Хотя сам процесс слияния воспринимается как нечто серьезное, звезды расположены на больших дистанциях, поэтому катастрофические взрывы и столкновения бывают редко. Но в этом процессе формируются волны ударной гравитации, которые приводят к появлению новых звезд. Это то, чего стоит ожидать через 4 миллиарда лет, когда Млечный Путь и Андромеда столкнутся.
У всего есть начало и конец. Приходит время, когда в галактике заканчивается пыль и газ. А ведь это главный материал для появления новых звезд. Миллиарды лет активность замедляется, пока все не остановится полностью. Но это еще не смерть, так как галактика может найти соседа и слиться с ним, чтобы запустить новый процесс.
Полагают, что Млечный Путь (прил.1)
истратил большую часть «звездного топлива» и теперь замедляет свою активность. Звезды вроде Солнца живут примерно 10 миллиардов лет. Но карлики способны продержаться до нескольких триллионов. Переживать не стоит, ведь слияние с Андромедой продлит существование нашей галактики.
По прогнозам, однажды все галактики в этом участке объединятся в одного эллиптического гиганта. Ученые уже могут наблюдать подобный результат уже сейчас. Эти галактики уже исчерпали газовые запасы. В итоге, звезды постепенно будут отдаляться, пока все пространство не достигнет фоновой температуры.
Когда у нашей галактики закончатся соседи, то она присоединится к той же участи. Сама же галактическая эволюция длится больше миллиарда лет и пока до конца еще очень далеко.
1.2. Рождение и эволюция звезд
Небесные тела находятся в непрерывном движении и изменении. Десятки тысяч лет назад небо Земли украшали фигуры других созвездий, миллиарды лет назад вообще еще не было Земли, Луны, планет, Солнца, многих звезд и галактик. Когда и как именно они произошли, наука стремится выяснить, изучая небесные тела и их системы.
Современные научные космогонические гипотезы – результат физического, математического и философского обобщения многочисленных наблюдательных данных. В космогонических гипотезах в значительной мере находит свое отражение общий уровень развития естествознания. Дальнейшее развитие науки, обязательно включающее в себя астрономические наблюдения, подтверждает или опровергает эти гипотезы.
Подтверждаются те гипотезы, которые не только могут объяснить известные из наблюдений факты, но и предсказать новые открытия. Звезды возникали в ходе эволюции галактик (прил.2)
. Большинство астрономов считают, что это происходило в результате сгущения (конденсации) облаков диффузной материи, которые постепенно формировались внутри галактик. Одна из исходных предпосылок такой гипотезы состоит в том, что, как показывают наблюдения, «молодые» звезды всегда тесно связаны с газом и пылью. Эти звезды и диффузная материя концентрируются в спиральных ветвях галактик. Местами наиболее интенсивного звездообразования считаются массы холодного межзвездного вещества, которые называются газово-пылевыми комплексами.
Наиболее изученный газово-пылевой комплекс нашей Галактики находится в созвездии Ориона, он включает в себя туманность в Орионе, более плотные газово-пылевые облака и другие объекты. Представим себе холодное газово-пылевое облако. Силы тяготения сжимают его, оно принимает шарообразную форму. При сжатии будут возрастать плотность и температура облака. Возникнет будущая, рождающаяся звезда (протозвезда). Температура ее поверхности пока еще мала, но протозвезда уже излучает в инфракрасном диапазоне, а поэтому рождающиеся звезды можно попытаться обнаружить среди довольно многочисленных источников инфракрасного излучения. Поиски протозвезд (и протогалактик) сейчас ведутся на многих обсерваториях.
Одно из основных отличий протозвезды от звезды заключается в том, что в протозвезде еще не происходят термоядерные реакции, то есть в ней нет еще основного источника энергии обычных звезд.
Стадия сжатия звезд, массы которых значительно больше массы Солнца, продолжается всего лишь сотни тысяч лет, а звезды, массы которых меньше солнечной, сжимаются сотни миллионов лет. Чем больше масса звезды, тем при большей температуре достигается равновесие. Поэтому у массивных звезд большие светимости.
Стадию сжатия сменяет стационарная стадия, сопровождающаяся постепенным «выгоранием» водорода. В стационарной стадии звезда проводит большую часть своей жизни. Именно в этой стадии эволюции находятся звезды, которые располагаются на главной последовательности диаграммы «спектр – светимость». Таких звезд больше всего. Время пребывания звезды на главной последовательности пропорционально массе звезды, так как от этого зависит запас ядерного горючего, и обратно пропорционально светимости, которая определяет темп расхода ядерного горючего.
А поскольку светимость звезды пропорциональна примерно четвертой степени ее массы, то массивные звезды, массы которых в несколько раз больше массы Солнца, эволюционируют быстрее. Они находятся в стационарной стадии только несколько миллионов лет, а звезды, подобные Солнцу – миллиарды лет.
Когда весь водород в центральной области звезды превратится в гелий, внутри звезды образуется гелиевое ядро. Теперь уже водород будет превращаться в гелий не в центре звезды, а в слое, прилегающем к очень горячему гелиевому ядру. Пока внутри гелиевого ядра нет источников энергии, оно будет постепенно сжиматься и при этом еще более разогреваться. Когда температура внутри звезды превысит 1,5 * 107 К, гелий начнет превращаться в углерод (с последующим образованием все более тяжелых химических элементов). Светимость и размеры звезд будут возрастать. В результате обычная звезда постепенно превратится в красного гиганта или сверхгиганта. Многие звезды не сразу становятся стационарными гигантами, а некоторое время пульсируют, как бы проходя в своем развитии стадию цефеид.
Заключительный этап жизни звезды, как и вся ее эволюция, решающим образом зависит от массы звезды. Внешние слои звезд, подобных нашему Солнцу (но с массами, не большими 1,2 массы Солнца), постепенно расширяются и в конце концов совсем покидают ядро звезды. На месте гиганта остается маленький и горячий белый карлик. Белых карликов в мире звезд много. Это значит, что многие звезды превращаются в белых карликов, которые затем постепенно остывают, становясь «потухшими звездами».
Иная судьба у более массивных звезд. Если масса звезды примерно вдвое превышает массу Солнца, то такие звезды на последних этапах своей эволюции теряют устойчивость. В частности, они могут взорваться как сверхновые, обогащая межзвездную среду тяжелыми химическими элементами (которые образовались внутри звезды и во время ее взрыва), а затем катастрофически сжаться до размеров шаров радиусом в несколько километров, то есть превратиться в нейтронные звезды.
Внутри звезд в ходе термоядерных реакций может образоваться до 30 химических элементов, а во время взрыва сверхновых – остальные элементы периодической системы. Из обогащенной тяжелыми элементами межзвездной среды образуются звезды следующих поколений. Если масса звезды вдвое превышает массу Солнца, то такая звезда, потеряв равновесие и начав сжиматься, либо превратится в нейтронную звезду, либо вообще не сможет достигнуть устойчивого состояния. В процессе неограниченного сжатия (коллапса) она, вероятно, способна превратиться в черную дыру. Такое название связано с тем, что могучее поле тяготения сжавшейся звезды не выпускает за ее пределы никакое излучение (свет, рентгеновские лучи и т.д.). Поэтому черную дыру нельзя увидеть ни в каком диапазоне электромагнитных волн.
Дальнейшее развитие науки покажет, какие из сегодняшних представлений о происхождении галактик и звезд окажутся правильными. Но нет сомнения в том, что звезды рождаются, живут, умирают, а не есть однажды созданные и вечно неизменные объекты Вселенной; звезды рождаются группами, причем процесс звездообразования продолжается в настоящее время.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Как видно, многие вопросы до сих пор остаются открытыми, и неизвестно, можно ли вообще понять, как образовалась Вселенная, находясь внутри неё. Тем не менее, сегодня были рассмотрены основные этапы эволюции звезд.
Дальнейшее развитие науки покажет, какие из сегодняшних представлений о происхождении галактик и звезд окажутся правильными. Но уже теперь нет сомнения в том, что звезды, во- первых, подчиняясь законам природы, рождаются, живут и умирают, а не есть однажды созданные и вечно неизменные объекты Вселенной, и, во вторых, звезды рождаются группами, причем процесс звездообразования продолжается в настоящее время.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Бакулин П.И., Кононович Э.В., Мороз В.И. Курс общей астрономии. М., 1983
- Зельдович Я.Б., Новиков И.Д. Строение и эволюция Вселенной. М., 1975
- Новиков И.Д. Эволюция вселенной. М., 1979.
- Шкловский И.И. Вселенная, жизнь, разум. М., 1980
- https://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_philosophy/2552
- https://works.doklad.ru/view/xi-KuXUbe3c.html
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
приложение 2
Теории
Иерархическая теория
Согласно первой, после возникновения первых звёзд во Вселенной начался процесс гравитационного объединения звёзд в скопления и далее в галактики. В последнее время эта теория поставлена под сомнение. Современные телескопы способны «заглянуть» так далеко, что видят объекты, существовавшие приблизительно через 400 млн. лет после Большого взрыва (красное смещение z ∼ 10 {\displaystyle z\sim 10} ). Обнаружилось, что на тот момент уже существовали сформировавшиеся галактики. Предполагается, что между возникновением первых звёзд и вышеуказанным периодом развития Вселенной прошло слишком мало времени, и галактики сформироваться не успели бы.
Инфляционная теория
Другая распространённая версия заключается в следующем. Как известно, в вакууме постоянно происходят квантовые флуктуации. Происходили они и в самом начале существования Вселенной, когда, как предполагается, шёл процесс инфляционного расширения Вселенной, расширения со сверхсветовой скоростью. Это значит, что расширялись и сами квантовые флуктуации, причём до размеров, возможно, в 101012 раз превышающих начальный. Те из них, которые существовали в момент прекращения инфляции, остались «раздутыми» и таким образом оказались первыми тяготеющими неоднородностями во Вселенной. Получается, что у материи было порядка 400 млн лет на гравитационное сжатие вокруг этих неоднородностей и образование газовых туманностей. А далее начался процесс возникновения звёзд и превращения туманностей в галактики.
