shpory_po_astronomii

52. Классификация галактик. Эллиптические, линзовидные, спиральные и

неправильные галактики. Пекулярные галактики. Галактики-кольца.

Галактики с полярными кольцами. Общая характеристика ближайших

галактик. Столкновение галактик.

Эллиптические, линзовидные, спиральные и неправильные галактики

Галактика – это гигантская гравитационно-связанная система, состоящая из звёзд, звёздных скоплений, межзвёздного газа и пыли, тёмной материи.

Галактики содержат от 10 миллионов (107) до нескольких триллионов (1012) звёзд, вращающихся вокруг общего центра тяжести. Кроме отдельных звёзд, и разрежённой межзвёздной среды, большая часть галактик содержит множество кратных звёздных систем, звёздных скоплений и различных туманностей. Как правило, диаметр галактик составляет от нескольких тысяч до нескольких сотен тысяч св. лет, а расстояния между ними исчисляются миллионами световых лет.

Предполагается, что около 90% массы галактик приходится на долю тёмной материи. Существуют свидетельства того, что в центре многих (если не всех) галактик находятся сверхмассивные чёрные дыры. Межгалактическое пространство является практически чистым вакуумом со средней плотностью менее 1 атома вещества на 1 м3. Возможно, что в наблюдаемой части Вселенной находится 1011 галактик.

Для классификации галактик по внешнему виду и распределению яркости используется последовательность («камертон») Хаббла (предложена Эдвином Хабблом в 1936 году).

В стержне «камертона» находятся эллиптические галактики. В точке разветвления находятся линзовидные галактики. Одна из ножек «камертона» образована простыми спиральными галактиками, вторая – спиральными галактиками с перемычкой (баром).

Эллиптические галактики E0 – E7 имеют относительно равномерное распределение звёзд без явного ядра. Яркость плавно увеличивается от периферии к центру. Галактики E0 практически шарообразны, с увеличением номера развивается уплощение. Число определяет целую часть от выражения 10(1 – b/a), где a и b – большая и малая оси эллипса галактики соответственно. Т. о.,

число (степень сжатия) может отражать как природу галактики, так и форму проекции на плоскость наблюдения.

Эллиптические галактики составляют около четверти от числа наблюдаемых галактик. Размеры эллиптических галактик варьируются от гигантских звёздных систем диаметром в сотни кпк,

содержащих триллионы звёзд, до карликовых диаметром около кпк, содержащих не более миллиона звёзд. Эллиптические галактики состоят из красных и жёлтых гигантов, красных и жёлтых карликов и некоторого количества белых звёзд не очень высокой светимости. Отсутствуют бело-голубые гиганты, сверхгиганты и пылевая материя.

Линзовидные галактики S0 или SB0 внешне похожи на эллиптические, но в отличие от них имеют звёздный диск без наблюдаемых рукавов. Линзовидные галактики составляют промежуточный класс

между эллиптическими и спиральными галактиками. Линзовидные галактики составляют около 20%

от числа наблюдаемых галактик.

Спиральные галактики (S) состоят из балджа, внешнего диска, содержащего рукава (спиральные ветви) и сферического гало, диаметр которого близок к диаметру диска. По виду спиральной структуры различают спиральные галактики подтипов Sa, Sb, Sc, Sd. В галактиках Sa ветви туго закручены и сравнительно гладкие, и по своим характеристикам эти спиральные галактики ближе всего к эллиптическим. В галактиках Sc, Sd ветви широко раскрыты и имеют клочковатый вид, так что иногда их трудно проследить. Галактики Sb обладают промежуточными свойствами.

Спиральные галактики – самый распространённый тип. Таких галактик около половины. Туманность Андромеды – типичная спиральная галактика.

Спиральные галактики с перемычкой — спиральные галактики с полосой («баром», от англ. bar)

из ярких звёзд, выходящей из центра и пересекающей галактику по середине. Спиральные ветви в таких галактиках начинаются на концах бара, тогда как в обычных спиральных галактиках они выходят непосредственно из ядра. В классификации Хаббла этот тип галактик обозначается как SB и

подразделяется на три подкатегории в зависимости от того, насколько плотно скручены спиральные ветви. Тип SBa характеризуется наиболее плотно скрученными ветвями, тогда как у типа SBc они практически не закручены. Промежуточный тип спиральных галактик с перемычкой обозначается как SBb.

Позднее для описания некоторых неправильных спиралей с перемычкой, была введена четвертая подкатегория — SBm. К этой подкатегории относятся Магеллановы Облака, которые ранее считались неправильными галактиками, но впоследствии обнаружили особенности структуры спиральных галактик с баром.

В 2005 году на основе данных, полученных с помощью Космического телескопа им. Спитцера, было установлено, что Млечный Путь также следует относить к спиральным галактикам с перемычкой.

Гипотеза о наличии бара в нашей Галактике была выдвинута ранее на основе многочисленных данных с радиотелескопов. Однако только благодаря изображениям со «Спитцера», работающего в ИК диапазоне, данное предположение получило твёрдое подтверждение.

Около двух третей всех спиральных галактик имеют перемычку. По существующим гипотезам,

перемычки являются очагами звездообразования, поддерживающими рождение звёзд в своих центрах. Предполагается, что они пропускают сквозь себя газ из спиральных ветвей. Этот механизм и обеспечивает приток строительного материала для рождения новых звёзд. Вероятно, перемычки являются временным явлением в жизни спиральных галактик. Постепенно бар разрушается, и

галактика превращается из спиральной с баром в обычную спираль. Долговечность перемычки определяется её массой.

Неправильные галактики — это галактики, не вписывающиеся в последовательность Хаббла. Они не обнаруживают ни спиральной ни эллиптической структуры. Чаще всего такие галактики имеют хаотичную форму без ярко выраженного ядра и спиральных ветвей. Неправильные галактики

составляют одну четверть от всех галактик. Большинство неправильных галактик в прошлом являлись спиральными или эллиптическими, но были деформированы гравитационными силами.

Существует два больших типа неправильных галактик: галактики типа IrrI показывают остатки спиральной структуры, а IrrII имеют совершенно неправильную форму.

Пекулярные галактики. Взаимодействующие галактики. Галактики с полярными кольцами.

Кольцеобразные галактики

Пекулярная галактика — это галактика, которую невозможно отнести к определенному классу в последовательности Хаббла, поскольку она обладает ярко выраженными индивидуальными особенностями (от англ. peculiar – особенный). Особенности строения галактик, которые считаются пекулярными, могут выражаться по-разному: искажения структуры (например, по причине взаимодействия с соседней галактикой), наличия пылевых полос, выбросов вещества и т. д.

Под взаимодействующими принято понимать такие галактики, которые расположены в пространстве настолько близко, что взаимные приливные силы существенно влияют на форму галактик, движение в них вещества и звёзд, на процессы звездообразования, а в некоторых случаях и на обмен веществом между галактиками.

Для взаимодействующих галактик характерно наличие «хвостов», «мостов» и выбросов вещества.

Известными примерами взаимодействующих галактик являются галактика Водоворот (NGC 5194

или М51) со своим компаньоном NGC 5195, галактики Мыши (NGC 4676A и NGC 4676B), квинтет Стефана, секстет Сейферта. Из пяти галактик квинтета Стефана (созвездие Пегаса) только четыре образуют компактную взаимодействующую группу и удалены от Земли на расстояние от 210 до 340

млн. св. лет (по разным оценкам), а пятая галактика (расположена на изображении квинтета внизу слева) находится на расстоянии около 40 млн. св. лет от Земли и просто проецируется на группу.

Секстет Сейферта расположен в созвездии Змеи на расстоянии около 190 млн. св. лет от Земли и представляет собой группу из шести взаимодействующих галактик.

В отдельный тип пекулярных галактик принято выделять галактики с полярными кольцами.

Образование газопылевого полярного кольца или диска может произойти по одному из следующих сценариев:

•аккреция вещества при сближении с межзвёздным облаком;

•захват соседней карликовой галактики, богатой газом и пылью;

•аккреция части вещества приблизившейся галактики вследствие приливного взаимодействия.

Кольцеобразные галактики (или галактики-кольца), представляющие собой разновидность пекулярных галактик, имеют плотное ядро, окружённое кольцом ярких молодых звёзд. Вероятнее всего, кольцеобразные галактики возникают в результате столкновения гигантской и карликовой галактик. Если карликовая галактика проходит через центр гигантской, то от места столкновения начинает распространяться волна звёздообразования, что и приводит к появлению яркого кольца.

Примерами кольцеобразных галактик служат объект Хога (созвездие Змеи, расстояние – около 600

млн. лет) и галактика AM 0644-741 (созвездие Летучей Рыбы, расстояние – около 300 млн. св. лет).

Общая характеристика ближайших галактик. Столкновение галактик

Невооружённым глазом в безлунную ночь на небе видны только три объекта, не принадлежащие нашей Галактике – Туманность Андромеды, Большое и Малое Магеллановы Облака (два последних видны только в южном полушарии). Каждый из этих объектов представляет собой отдельную галактику.

Туманность Андромеды — спиральная галактика типа Sb. Эта ближайшая к Млечному Пути сверхгигантская галактика находится на расстоянии 2,54 млн. св. лет от Солнечной системы. Её протяжённость составляет 260 тыс. св. лет, что в 2,6 раза больше, чем у Млечного Пути. По современным данным, в её состав входит около триллиона звёзд.

Большое Магелланово Облако (БМО) — карликовая галактика типа SBm, расположенная на расстоянии около 168 тыс. св. лет от нашей Галактики. Она занимает область неба южного полушария в созвездиях Золотой Рыбы и Столовой Горы и на наших широтах никогда не видна.

БМО приблизительно в 20 раз меньше по диаметру, чем Млечный Путь и содержит около 5 млрд.

звёзд. Малое Магелланово Облако — карликовая галактика типа SBm, спутник Млечного Пути.

Находится на расстоянии около 200 тыс. св. лет в созвездии Тукана. Содержит только 1,5 млрд.

звёзд.

Ближайшая к Солнечной системе галактика (расстояние 25 тысяч св. лет) – это карликовая галактика в созвездии Большого Пса (CMa Dwarf), состоящая всего из 1 млрд. звёзд.

Приблизительно через 5 млрд. лет должно произойти столкновение галактик Млечный Путь и Туманность Андромеды. Как и при всех подобных столкновениях, из-за малой концентрации вещества в галактиках и крайней удаленности объектов друг от друга маловероятно, что объекты вроде звёзд действительно столкнутся. Если это предположение верно, то звёзды и газ Туманности Андромеды станут видны невооруженным взглядом примерно через 3 млрд. лет. Если столкновение произойдет, то галактики, скорее всего, сольются в одну большую галактику.

В настоящее время известно, что Туманность Андромеды приближается к Млечному Пути со скоростью около 300 км/с, но произойдёт ли столкновение или галактики просто разойдутся, пока точно не известно. По крайней мере, даже если не произойдёт столкновения самих дисков, гало тёмной материи двух галактик столкнутся.

53. Активность ядер галактик. Галактики Сейферта. Радиогалактики. Квазары.

Методы определения расстояний до галактик.

Активные ядра галактик — ядра галактик, наблюдаемые процессы в которых нельзя объяснить свойствами находящихся в них звезд и газово-пылевых комплексов.

Галактические ядра считают имеющими признаки активности, если:

1.Спектр электромагнитного излучения объекта гораздо шире спектра обычных галактик и может простираться от радиодо жёсткого гамма-излучения.

2.Наблюдается «переменность» — изменение «мощности» источника излучения в точке наблюдения.

Как правило, это происходит с периодом от 10 минут в рентгеновском диапазоне и до 10 лет в оптическом и радио диапазонах.

3.Имеются особенности спектра излучения, по которым можно судить о перемещении горячего газа с большими скоростями.

4.Есть видимые морфологические особенности, в том числе выбросы и «горячие пятна».

5.Имеются особенности спектра излучения и его поляризации по которым можно судить в том числе о наличии магнитного поля и его структуре.

Сейфертовская галактика — спиральная или неправильная галактика с активным ядром, спектр излучения которого содержит множество ярких широких полос, что указывает на мощные выбросы газа со скоростями до нескольких тысяч километров в секунду. К числу сейфертовских галактик относится около 1% наблюдаемых спиральных галактик. Наиболее вероятная гипотеза, объясняющая активность ядер, предполагает наличие чёрной дыры (массой в десятки или сотни миллионов масс Солнца) в центре галактики.

Радиогалактика — тип галактик, которые обладают намного большим радиоизлучением по сравнению с остальными галактиками. Их радиосветимости (мощность радиоизлучения) достигают

1045 эрг/с. Для сравнения, у «нормальных» галактик, включая нашу, светимость в радиоконтинууме составляет 1037—1038 эрг/с Механизм радиоизлучения — синхротронный. Радиоизлучение наиболее

«ярких» радиогалактик превышает их оптическую светимость. Источники излучения радиогалактик обычно состоят из нескольких компонентов (ядро, гало, радиовыбросы). Из наиболее известных радиогалактик можно выделить Лебедь А, Центавр A, Дева А, Печь А.

Квазары

Квазары (от англ. quasar – quasi-stellar radio source – квазизвёздный радиоисточник) –

внегалактические источники электромагнитного излучения, имеющие очень малые угловые размеры.

Квазары являются одними из самых ярких объектов во Вселенной, поскольку мощность их излучения иногда в десятки или даже сотни раз превышает суммарную мощность всех звёзд галактик типа Млечного Пути.

Квазары были открыты в начале 60-х годов прошлого века. Обнаружение в спектре объекта 3С 273

линий серии Бальмера атомарного водорода, смещённых почти на 16% в красную область (z = 0.158),

показало, что открыт новый класс внегалактических объектов. Название «квазар» сохранилось за

всеми звёздообразными объектами с большим красным смещением эмиссионных линий в спектре вне зависимости от интенсивности излучения в радиодиапазоне.

Квазары представляют собой ядра галактик, в которых происходит мощное выделение энергии из области с характерными размерами менее 0.01 св. года (ограничение на поперечные размеры квазаров получены на основе измерений периодов их вариаций блеска). Абсолютная звёздная величина квазара может достигать –32m.2 . Квазар 3С 273, находящийся на расстоянии 2.44 млрд. св.

лет от Земли, имеет видимую звёздную величину, равную +12m.86, и абсолютную звёздную величину, равную –26m.7. Это означает, что светимость квазара 3С 273 в 4 триллиона раз превышает светимость Солнца и в 100 раз – светимость всей нашей Галактики.

Механизм, обеспечивающий светимость квазаров, связывают с испусканием электромагнитного излучения при падении (аккреции) вещества на сверхгигантскую чёрную дыру. В пользу такой модели свидетельствуют следующие факты: переменность потока излучения за время менее 1 часа,

требующая компактности источника; обнаружение движений вещества, кажущиеся скорости которых превышают скорость света; наличие релятивистских джетов (выбросов вещества в определённых направлениях), указывающих на долговременную стабильность пространственной ориентации источника; прямые оценки масс центральных образований в галактиках на основе данных о дисперсии скоростей звёзд в окрестностях ядер галактик.

Оптический спектр квазара PKS 2000-330 демонстрирует красное смещение z = 3.78

В настоящее время известно около 200000 квазаров. Спектры всех наблюдаемых квазаров имеют красное смещение от 0.056 до 7.085. Большая часть квазаров находятся на расстояниях,

соответствующих z = 2–5. Квазары с бóльшими и меньшими значениями космологического красного смещения встречаются значительно реже. Квазаров с z < 0.056 (т. е. на расстоянии менее чем 600

млн. св. лет) пока не обнаружено. Эти наблюдательные факты свидетельствуют о том, что в ранней Вселенной были неподходящие условия для формирования квазаров. На настоящем этапе развития Вселенной (а также в недалёком прошлом) квазары также не формируются. Временное распределение квазаров служит одним из доказательств нестационарности Вселенной.

Благодаря яркости и удалённости, изображения квазаров часто линзируются более близко расположенными галактиками. Примером такого эффекта служит крест Эйнштейна.

Методы определения расстояний до галактик

Для определения расстояний до галактик используются следующие методы:

•Измерение годичного параллакса (только для ближайших галактик).

•Определение периода цефеид в изучаемой галактике (также для близких галактик).

•Измерение светимости сверхновых типа Ia в максимуме (метод «стандартных свечей»).

•Измерение величины космологического красного смещения спектральных линий.

54. Галактика Млечный Путь. Общая структура Галактики. Ядро, балдж,

звёздный диск, рукава, сферическая составляющая и гало. Пузыри Ферми.

Положение Солнечной системы в Галактике. Вращение и масса Галактики.

Происхождение и эволюция Галактики. Тёмная масса и её возможные носители.

Форма и общая структура Галактики

Галактика Млечный Путь (или просто Галактика) — гигантская звёздная система, в которой находится Солнечная система, все видимые невооружённым глазом отдельные звёзды, а также огромное количество звёзд, сливающихся вместе и наблюдаемых в виде млечного пути.

Млечный Путь — одна из многочисленных галактик Вселенной. Является спиральной галактикой с четырьмя рукавами и перемычкой типа SBb по классификации Хаббла, и вместе с галактикой Андромеды (M31) и галактикой Треугольника (М33), а также несколькими десятками меньших галактик-спутников образует Местную группу галактик, которая, в свою очередь, входит в Сверхскопление Девы.

Галактика Млечный Путь представляет собой огромную сплюснутую систему, симметричную относительно главной плоскости и состоящую из более чем 150 млрд. звёзд, разреженного газа, пыли и космических лучей. Поперечник Галактики составляет около 30 кпк (100 тыс. св. лет).

Важнейшими элементами структуры Галактики являются сферическая составляющая, центральное сгущение (балдж), звёздно-газово-пылевой диск, спиральные рукава (ветви). Толщина звёздного диска составляет 500–600 пк.

В средней части Галактики находится утолщение (балдж), составляющее около 5 кпк в поперечнике. Центр Галактики при наблюдении из Солнечной системы проецируется в созвездие Стрельца. В галактической плоскости сосредоточено большое количество межзвёздной пыли,

благодаря которой свет, идущий от галактического центра, ослабляется в 1012 раз. Поэтому центр невидим в оптическом диапазоне. Галактический центр наблюдается в радио-, ИК, рентгеновском и гамма-диапазонах. Масса центрального скопления составляет примерно 109 .

Ядра галактик являются центрами их конденсации и начального звёздообразования. Там должны находиться самые старые звёзды. По всей видимости, в самом центре ядра Галактики находится сверхмассивная чёрная дыра (Стрелец А*) массой около 3,7 × 106 , что показано исследованием орбит близлежащих звёзд. По направлению к центру Галактики, а также по мере приближения к её плоскости звёздная плотность возрастает и в центре составляет 105–106 звёзд в пк3, при этом в окрестности Солнца звёздная плотность всего 0,12 пк–3.

Звёздный диск содержит основное количество звёзд Галактики. В диске Галактики находится Солнце и практически все звёзды, наблюдаемые невооружённым глазом. В экваториальной плоскости диска концентрируются наиболее молодые объекты Галактики – звёзды ранних спектральных классов О и В, классические цефеиды, сверхновые второго типа, пыль и газ. Все эти объекты образуют наиболее тонкий диск (плоскую составляющую Галактики) толщиной 100–200 пк.

Старые звёзды и связанные с ними планетарные туманности образуют более толстый диск. Толщина всего звёздного диска составляет 500–600 пк.

Галактика относится к классу спиральных галактик. У Галактики есть спиральные рукава (ветви),

расположенные в плоскости диска. Именно в рукавах находятся наиболее молодые объекты

(массивные концентрации газа и молодых звёзд) звёздного диска Галактики.

Сферическая составляющая включает старые звёзды и шаровые звёздные скопления, окружённые очень разреженным горячим слабо намагниченным газом. Гало Галактики — невидимый компонент Галактики сферической формы, который простирается за видимую часть Галактики. В

основном состоит из разреженного газа, звёзд и тёмной материи. Последняя составляет основную массу Галактики.

В 2010-м году в результате наблюдений в гамма-диапазоне с помощью космического телескопа им.

Ферми (Fermi Gamma-ray Space Telescope) над и под ядром Галактики открыты пузыри Ферми

(названы в честь телескопа) – гигантские (диаметр каждого около 25 тыс. св. лет) области пространства, испускающие электромагнитное излучение в рентгеновском (ближе к ядру Галактики)

и гамма-диапазонах (на периферии). Пузыри Ферми образуются в результате уменьшения длины волны излучения при рассеянии фотонов на движущихся электронах (обратное комптоновское рассеяние), выбрасываемых чёрной дырой, находящейся в ядре Галактики.

Солнце расположено в рукаве Ориона на 20–25 пк выше плоскости симметрии нашей Галактики и удалено от центра на расстояние 7,5–8 кпк (26000 св. лет). Для ориентации среди объектов Галактики принята галактическая система координат. Положение объектов в этой системе небесных координат задаётся галактическими долготой λ и широтой β.

Вращение и масса Галактики

Близкие к Солнцу звёзды движутся вместе с ним перпендикулярно к направлению на центр Галактики. Это движение является следствием общего вращения Галактики, скорость которого меняется с расстоянием от её центра (дифференциальное вращение). Такое вращение имеет следующие особенности:

1.Вращение происходит по часовой стрелке, если смотреть на Галактику со стороны её северного полюса.

2.Угловая скорость вращения убывает по мере удаления от центра. Однако это убывание медленнее, чем если бы вращение звёзд вокруг центра Галактики происходило по законам Кеплера.

3.Центральная часть диска в области балджа вращается почти твёрдотельно, и поэтому линейная скорость вращения растёт пропорционально расстоянию вплоть до максимального значения около 250 км/с.

4.Солнце и звёзды в его окрестности совершают полный оборот вокруг центра Галактики примерно за 240–250 млн. лет. Орбитальная скорость Солнца равна 217 км/с.

5.Масса Галактики может быть оценена из условия, что движение объектов происходит по кривой, близкой к окружности. Из условия равенства центростремительного ускорения на

расстоянии r = 15 кпк и гравитационного, обусловленного массой, заключённой внутри радиуса r,

получаем массу Галактики:

Galaxy = v2r/G ≈ 3 × 1041 кг ≈ 1011 .

Из всей видимой массы Галактики примерно 98% процентов приходится на массы звезд и около 2%

– на газ, пыль и другие составляющие.

Таким образом, в результате наблюдений установлено, что звёзды вращаются вокруг центра Галактики с постоянной скоростью в большом диапазоне расстояний от центра галактики, причём гораздо быстрее, чем ожидалось, если бы они находились в потенциале Ньютона.

Проблема вращения галактик – это несоответствие между наблюдаемыми скоростями вращения материи в дисковых частях спиральных галактик и предсказаниями классической динамики,

учитывающими только видимую массу. В настоящее время считается, что это несоответствие выдаёт присутствие «тёмной материи», которая пронизывает Галактику и простирается до галактического гало.

Происхождение и эволюция Галактики

Согласно современным представлениям, Галактика образовалась примерно через 400 тыс. лет после Большого Взрыва из медленно вращавшегося газового облака, по своим размерам превосходившего её современные размеры в десятки раз. Первоначально оно состояло из смеси 75% водорода и 25%

гелия (по массе) и почти не содержало тяжёлых элементов.

В течение примерно миллиарда лет это облако свободно сжималось под действием сил гравитации.

Коллапс неизбежно привёл к фрагментации и началу процесса звёздообразования. Сначала газа было много, и он находился на больших расстояниях от плоскости вращения. Возникли звёзды первого поколения, а также шаровые скопления. Их современное распределение (гало) соответствует первоначальному распределению газа, близкому к сферическому. Наиболее массивные звёзды первого поколения быстро проэволюционировали и обогатили межзвёздную среду тяжёлыми элементами (главным образом за счёт вспышек сверхновых). Та часть газа, которая не превратилась в звёзды, продолжала свой процесс сжатия к центру Галактики. Из-за сохранения момента количества движения, её вращение становилось быстрее, образовался диск, и в нём снова начался процесс звёздообразования. Второе поколение звёзд оказалось более богатым тяжёлыми элементами.

Оставшийся газ сжался в более тонкий слой, в результате чего возникла плоская составляющая – основная область современного звёздообразования.

Тёмная масса и её возможные носители

Концепция тёмной (или скрытой) материи (массы) (Cold Dark Matter) Вселенной основана на необходимости объяснения ряда наблюдаемых астрофизических эффектов: распределения скоростей звёзд в Галактике, гравитационного линзирования излучения удалённых объектов тёмными гало

(сферическими составляющими) галактик, вириального парадокса, формирования крупномасштабной структуры Вселенной и др.

Скопления галактик обнаруживают следующую особенность: для многих из них масса, определённая по скоростям собственного движения галактик в скоплении, оказывается заметно больше массы,

определённой по общей светимости галактик.

Массу скопления, определённую на основе теоремы вириала, называют вириальной. В соответствии с теоремой вириала для связанной стационарной системы, части которой взаимодействуют друг с другом по закону 1/r, кинетическая энергия такой системы равна половине модуля её потенциальной энергии.

Для частицы массой m, обращающейся по круговой орбите вокруг центральной массы : Eкин = ½|Eграв| = mv2/2 = G m/(2R).

Если известны размер скопления R и дисперсия скоростей галактик v, то можно получить оценку вириальной массы скопления: vt ≈ v2R/G.

Другой способ определения массы скопления состоит в том, что полную наблюдаемую светимость скопления умножают на стандартное отношение масса/светимость, найденное независимо для отдельных галактик. Такое отношение различно для галактик различных типов, но если известно, что в данном скоплении преобладают галактики какого-то определённого типа, то суммарную массу этих галактик таким способом действительно можно оценить.

Оказывается, что суммарная масса галактик меньше вириальной массы скопления (вириальный парадокс): vt > L.

Для разрешения вириального парадокса, объяснения кривых дифференциального вращения галактик и некоторых других явлений необходимо наличие в галактиках и их скоплениях значительных масс скрытого (тёмного, т.е. несветящегося) вещества. По современным данным средняя плотность наблюдаемого вещества составляет 3 × 10–31 г/см3, а средняя плотность Вселенной на два порядка больше (10–29 г/см3).

В отличие от обычного барионного «светящегося» вещества, под тёмной понимается материя,

которая не принимает участия в электрослабом взаимодействии (т.е., в частности, не испускает и не поглощает электромагнитное излучение), и присутствие которой обнаруживается только по гравитационным эффектам.

В настоящее время предполагается, что на долю обычной барионной материи приходится не более

5% плотности Вселенной. Примерно половину барионной материи составляют светящиеся объёкты

(видимая материя) – звёзды, межзвёздные газопылевые облака, планеты. Тёмная барионная материя

– это макроскопические объекты гало галактик (Massive Astrophysical Compact Halo Objects, MACHO): маломассивные звёзды (коричневые карлики), очень массивные юпитероподобные планеты, остывшие белые карлики, нейтронные звёзды и чёрные дыры.

Около 23% плотности Вселенной составляет тёмная материя, носители которой имеют небарионную природу. В зависимости от скоростей частиц различают горячую и холодную тёмную материю.

Горячая тёмная материя состоит из частиц, движущихся с околосветовыми скоростями, по-

видимому, из нейтрино. Холодная тёмная материя должна состоять из массивных медленно