Теория плотности волн
Здравствуй дорогой читатель, в этой статье продолжается цикл познавательных фактов о таком чарующем многих людей космосе
Расположенная на расстоянии около 25 миллионов световых лет от Земли в созвездии Ursa Major, Мессье 101, или сокращенно М101, представляет собой великолепную спиральную галактику, которая при диаметре 170 000 световых лет в полтора раза больше Млечного Пути.
M101 также известна как галактика Pinwheel, это название хорошо отражает ее наиболее очевидную особенность, хорошо видимую на потрясающем снимке Хаббла выше - выдающиеся и резко очерченные спиральные рукава. Такие галактики известны как спиральные галактики большого дизайна. Другие красивые галактики, такие как М100, М81, М51 и М74, относятся к этой категории.
Термин "колесо" сразу же вызывает в памяти наиболее интуитивное объяснение того, как могли образоваться такие спиральные рукава. Скопления звезд, газа и пыли вращаются вокруг галактического ядра, где находится центр масс галактики, с разной скоростью в зависимости от того, насколько близко они находятся к ядру. Со временем дифференциальное вращение скоплений, более быстрое вблизи галактического центра и более медленное во внешних частях, удлиняет скопления и изгибает их, превращая в спиральные рукава, закрученные вокруг ядра галактики.
Но это объяснение содержит и отрицание. Если бы это был механизм формирования спиральных рукавов, то нескольких оборотов вокруг галактического ядра должно было бы хватить, чтобы полностью свернуть спиральные рукава, разрушив грандиозный замысел галактики, как это происходит с веревкой, закрученной вокруг палки до конца.
Вместо этого спиральные рукава являются полупостоянной особенностью галактик. Они могут существовать миллиарды лет, не закручиваясь вокруг галактического ядра. Что же позволяет им выделяться и отличаться друг от друга?
Теория волн плотности, предложенная К.К. Лином и Фрэнком Шу в 1964 году, является гипотезой, которая лучше всего объясняет образование и сохранение спиральных рукавов. Согласно этой теории, плотность вещества (звезд, газа и пыли) в диске спиральной галактики неоднородна. Она изменяется в соответствии с волнами, которые исходят из галактического ядра и распространяются к периферии диска. Эти волны имеют форму спиралей и вращаются с характерными скоростями вокруг галактического центра.
Звезды, газ и пыль также вращаются вокруг центра галактики, но независимо от волн плотности. Когда межзвездные облака газа и пыли проходят через волну плотности, они сжимаются. В результате такого сжатия образуются области звездообразования, из которых рождаются новые поколения звезд. Таким образом, объясняется одна из наиболее очевидных характеристик галактики типа М101. По большей части звездообразующие области расположены в спиральных рукавах, поскольку они являются видимым результатом сжатия межзвездной материи волнами плотности. На изображении М101 эти области выглядят как темные нити с множеством ответвлений. Они похожи на следы, очерчивающие форму спиральных рукавов.
Новые звезды, рожденные в этих регионах, постепенно растворяют коконы, которые делают их невидимыми снаружи, поскольку они продолжают двигаться через волну плотности в своем орбитальном движении вокруг галактического центра. Самые массивные звезды имеют ярко-голубой цвет. Эти звезды живут меньше всех, потому что они расходуют свой запас ядерного топлива гораздо быстрее других. Именно поэтому они никогда не уходят далеко от областей звездообразования, в которых родились.
Глядя на изображение М101, можно заметить, что более яркие скопления, усеянные голубыми звездами, обрамляют темные нити и образуют, так сказать, мускулы спиральных рукавов.
Все остальные звезды, старые и молодые, но не очень массивные, имеют красновато-желтый цвет и проходят через волны плотности с разными скоростями в зависимости от того, насколько близко они находятся к галактическому ядру. Они тоже образуют спирали, но под более узким углом, чем популяции голубых звезд и межзвездные облака газа и пыли.
По сути, спиральные рукава видны только потому, что волны плотности создают области звездообразования, сжимая проходящий через них газ. В свою очередь, звездообразующие регионы создают молодые и массивные голубые звезды. Газ и пыль, а также такие скопления голубых звезд делают очертания спиральных рукавов видимыми.
Таким образом, волны плотности не являются материальными объектами внутри галактики. Скорее, они являются структурными факторами. Можно сказать, что это места, где звездный "трафик" увеличивается и замедляется. Волны плотности похожи на самые оживленные улицы в большом городе. Автомобили, прибывающие на эти улицы, вынуждены снижать скорость и выстраиваться в длинные очереди. Но как только они выезжают из пробки, они возобновляют свой путь, каждый со своей первоначальной скоростью. Дороги с пробками существуют всегда, но автомобили, проезжающие по ним, постоянно меняются. Нечто подобное происходит и в спиральной галактике.
До сих пор мы говорили об этой теории. Но есть ли какие-либо подтверждающие доказательства? Действительно ли существуют волны плотности? Именно они ответственны за формирование и постоянство спиральных рукавов?
К счастью, эта теория дает прогнозы. Тщательно собрав воедино правильные наблюдения, такие прогнозы можно проверить. Именно этим и занялась группа исследователей под руководством Хамеда Пур-Имани из Университета Арканзаса. Результаты их работы описаны в исследовании, опубликованном в 2016 году в журнале The Astrophysical Journal Letters.
Волновая теория плотности предсказывает, что угол закручивания спиральных рукавов изменяется в зависимости от наблюдаемых длин волн. Это связано с тем, что разные длины волн идентифицируют разные объекты в галактике. Синий и ультрафиолетовый свет позволяют нам увидеть более массивные и яркие голубые звезды. Красный и ближний инфракрасный свет показывают популяцию более старых и менее массивных звезд. Дальний инфракрасный свет позволяет проследить запасы газа и пыли, из которых возникают регионы звездообразования.
Авторы исследования сравнили положение и углы наклона спиральных рукавов в 41 галактике, используя данные видимого, ультрафиолетового, ближнего и дальнего инфракрасного наблюдений. Результат не оставил места для сомнений. Рукава, образованные красными звездами, имеют самый узкий угол, за ними следуют рукава, образованные синими звездами. Наибольший угол отбрасывают звездообразующие области - все это прекрасно согласуется с теорией волн плотности, которая, таким образом, получила свое первое объективное подтверждение.
Спасибо ,что читаете меня, ставьте лайки, подписывайтесь, это мотивирует делать больше контента, и всё глубже погружаться в бесконечный космос вместе с вами!
#космос #космос исследования #наса #nasa #роскосмос #наука
