Звездные скопления. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Звездные скопления - гравитационно связанные группировки звёзд одинакового возраста и совместного происхождения. Различают шаровые скопления (ШС) и рассеянные скопления (PC). В Галактике ШС отличаются от PC не столько внеш. видом (бедные звёздами ШС очень похожи по виду на рассеянные), сколько большим возрастом и характерным для старых звёздных систем хим. составом. Шаровые скопления. Типичное ШС имеет характерный шарообразный вид: в ряде случаев оно может быть неск. сплюснутым. В ШС выделяют компактное ядро, концентрация звёзд в к-ром достигает 10⁴-10⁵ пк^-³, промежуточную зону с резким падением концентрации и разреженную, но обширную и массивную корону. Звёзды ШС движутся в регулярном гравитац. поле, создаваемом всей массой скопления, изредка испытывая тесные сближения с соседними звёздами и при этом резко меняя скорость. Звёзды ядра пополняют корону и затем из-за возмущений со стороны Галактики покидают скопление; его масса непрерывно уменьшается. В Галактике известно 142 ШС. Они встречаются во всём объёме Галактики и сильно концентрируются к её ядру. Полное число ШС (многие из к-рых из-за поглощения света пылевой материей в диске Галактики не видны), согласно оценкам, ~ 300-500. Из-за большой удалённости от Солнца (до ближайшего ШС не менее 2 кпк) ШС являются сложными для изучения объектами. Пространств. скорости подавляющего большинства ШС неизвестны. Для них определены лишь лучевые скорости порядка 100-200 км/с (хаотич. скорости звёзд в самих ШС ~ 1 - 10 км/с). ШС движутся по сильно вытянутым орбитам, многие из них приближаются к центру Галактики на расстояние порядка 2-3 кпк. Как по пространств. распределению, так и по кинематич. характеристикам ШС - типичные представители галактич. гало (см. Галактика ).ШС являются одними из старейших объектов Галактики. Их возраст, вероятно, заключён в пределах от 5 до 15 млрд. лет. Массы ШС различаются примерно в 100 раз - от 10⁴ M₈ до 10⁶ M₈ а интегральные (полные) светимости - от 2.10⁴ L₈ до 2.10⁶ L₈ (M₈ и L₈ - соответственно масса и светимость Солнца). Наряду с гигантскими молекулярными облаками ШС - самые массивные образования в Галактике. Их диаметры 20- 150 пк, причём скопления в центральных областях Галактики, как правило, более компактны. Ярчайшие звёзды ШС находятся на поздних эволюц. стадиях (после ухода с гл. последовательности на Герцшпрунга-Ресселла диаграмме, когда в звёздных ядрах уже закончились термоядерные реакции с участием водорода). Их массы около 0,8 M₈. Однако светимости подавляющей части звёзд малы, они находятся на стадии гл. последовательности, их массы меньше 0,7-0,8 M₈. Одна из важнейших особенностей ШС - в среднем низкое содержание тяжёлых хим. элементов (расположенных в таблице Менделеева после гелия) в веществе звёзд, или низкая металличность. Металличность наиб. богатых тяжёлыми элементами ШС близка к солнечной, с другой стороны, есть ШС с металличностью в 100 раз меньшей. Концентрация тяжёлых элементов отражает процесс формирования ШС: самые старые из них образовались из среды, имевшей практически первичный хим. состав (водород, гелий), тогда как ко времени образования более молодых ШС газопылевая материя была уже обогащена тяжёлыми элементами - продуктами быстрой эволюции массивных звёзд. В ШС известно около 3000 переменных звёзд разл. типов. В ядрах 17 наиб. плотных ШС обнаружены рентг. источники (вспыхивающие, переменные). Их связывают с тесными двойными системами с нейтронной звездой или чёрной дырой в качестве одного из компонентов, окружённой аккреционным диском. По-видимому, ШС являются типичным населением и многих др. галактик, в том числе Магеллановых Облаков, карликовых эллиптич. галактик, спиральной галактики в Андромеде (М 31). В нек-рых гигантских эллиптич. галактиках их число достигает неск. тысяч. Рассеянные скопления являются сравнительно молодыми объектами с возрастом обычно от 10⁶ до 10⁹ лет. По массе и размерам они значительно уступают ШС. Как правило, в PC насчитывается от неск. сотен до неск. тыс. звёзд (общая масса порядка 100-3000 M₈, диам. 1 - 10 пк). Большинство звёзд в PC находится на эволюц. стадии гл. последовательности. В отличие от ШС среди них есть массивные горячие звёзды со светимостями до 10⁴ L₈ и более. В ряде PC есть красные гиганты (массивные звёзды, находящиеся на той же стадии эволюции, что и ярчайшие звёзды в ШС) и сверхгиганты. Из переменных звёзд встречаются долгопериодич. цефеиды с периодами от 1 до 11 сут, используемые в качестве индикатора расстояний, красные переменные гиганты и сверхгиганты, большое кол-во вспыхивающих звёзд типа UV Кита и др. Звёзды PC - это звёзды второго поколения в Галактике, они, как и Солнце, сравнительно богаты тяжёлыми хим. элементами. Диапазон металличностей PC значительно уже, чем шаровых, являющихся объектами первого поколения. В настоящее время известно ок. 1200 PC, а их общее число оценивается в десятки тысяч. PC образуют дисковую подсистему толщиной порядка 1 кпк. На высоких галактич. широтах они не встречаются. PC участвуют в общем галактич. вращении и движутся по слабо вытянутым орбитам. По своему пространств. распределению и кинематич. характеристикам они представляют собой типичное население диска Галактики или её плоской составляющей. Среди PC есть и относительно старые объекты, т. н. старые рассеянные скопления возрастом более 1 млрд. лет (по оценкам, их примерно 10%). Подгруппа старых PC по многим характеристикам занимает промежуточное положение между PC и ШС. Их массы неск. выше, чем в среднем у PC, нек-рые из них даже по внеш. виду похожи на ШС. От других PC они отличаются и более вытянутыми орбитами, отклоняющимися от плоскости симметрии Галактики более чем на 1 кпк. Как и в ШС, в старых PC нет ярких звёзд на гл. последовательности. От ШС их, правда, отличает высокая металличность, характерная для звёзд диска. Эволюция 3. с. В развитии 3. с. можно выделить две фазы (стадии). После образования звёзд и выброса оставшегося газа давлением излучения горячих звёзд и взрывами сверхновых молодое скопление испытывает т. н. бурную релаксацию, в результате к-рой происходит перемешивание звёздных орбит и установление квазистационарного (т. н. регулярного) гравитац. поля системы. Продолжительность этой фазы порядка неск. орбитальных периодов самых далёких звёзд (у PC ~ 10⁵-10⁶ лет, у ШС ~ 10⁷ лет). Вместе с газом уходит часть звёзд со скоростями больше параболической. В первоначально почти однородном 3. с. появляется плотное ядро и обширная разреженная корона, размеры к-рой определяются массой 3. с. и его расстоянием от центра Галактики (т. е. приливными силами со стороны Галактики). Быстрая фаза нач. коллапса 3. с. сменяется более медленной стадией квазистационарной эволюции. Её "двигатель" - тесные парные сближения звёзд, вызывающие заметные изменения их скоростей. На этой стадии завершается установление квазиравновесного распределения звёзд по скоростям, близкого к максвелловскому (см. также Звездная динамика). В результате звёздных сближений небольшая доля звёзд приобретает скорости, достаточные для освобождения из 3. с. Полная масса и энергия 3. с. уменьшаются. Изменяется и строение 3. с.- оно как бы подстраивается под изменяющиеся величины массы и полной энергии. Направление перестройки - т. е. уплотнение или диссипация ядра - зависит от относительной эффективности сил собственной гравитации 3. с. и приливных сил со стороны Галактики. Так, в ШС важнейшую роль играют самогравитация и процесс потери звёзд. Теряя массу и энергию, ядро в возрастающем темпе уплотняется. Развитие неустойчивости ядра и его коллапс должны происходить за время ~3.10¹⁰- 10¹¹ лет. PC в большей степени подвержены действию приливных сил, и неустойчивость выражена в них не столь ярко. На позднем этапе эволюции 3. с., непосредственно предшествующем коллапсу ядра, по-видимому, важно влияние тесных двойных звёзд. При сближении с одиночными звёздами тесные пары в среднем становятся более тесными, т. е. уменьшают свою энергию. Т. о., тесная двойная система действует как эффективный источник энергии, "разогревающий" 3. с. Это приводит к замедлению и, может быть, даже к остановке коллапса ядра и его расширению. На динамич. эволюцию PC оказывают влияние реликтовые (т. е. изначально существовавшие) пары, тогда как в ШС тесные двойные системы могут образоваться перед самым коллапсом ядра. Не остаются неизменными и орбиты 3. с., особенно наиб. массивных. Двигаясь в пространстве среди одиночных звёзд Галактики, массивные ШС испытывают т. н. динамич. трение, возникающее в результате гравитац. фокусировки свободных звёзд позади движущегося 3. с. Из-за динамич. трения орбита ШС медленно округляется, а её размеры уменьшаются. По мере приближения к центру Галактики ШС испытывает возрастающее приливное влияние Галактики, что ускоряет его распад. Нек-рая доля звёзд гало и диска Галактики являются выходцами из PC и ШС, часть к-рых уже распалась, а остальные теряют звёзды и в настоящее время. Изучение PC и ШС как комплексов, населённых звёздами одного возраста и одинакового хим. состава, даёт богатейшую информацию о строении и о путях эволюции звёзд разл. масс, а также о шкале расстояний во Вселенной.

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.