Материал: UMK_Umumiy_astronomiya_Fizika

§ 8.3. Galaktikalargacha masofalarni aniqlash usullari

Galaktikalargacha masofalarni hisoblash, Galaktikadan tashqari astronomiya uchun muhim ahamiyat kasb etadi. Tashqi galaktikalarning massasi, yoritilganligi, o‘lchamlari va boshqa parametrlarining aniqlik darajasi, ungacha bo‘lgan masofaning qay darajada aniq topilganiga bog‘liq. Galaktikalargacha masofalarni o‘lchashning bir necha usullari mavjud. Ularning ayrimlari bilan tanishamiz:

Koinotning katta masshtabdagi tuzilishini (xususan, o‘tagalaktikalar va galaktikalarning to‘dalari a’zolarini, massalarini, tuzilishini taxlil qilish, Metagalaktikaning to‘rsimon strukturasini topishda va qator boshqa masalalarni) o‘rganish uchun galaktikalargacha bo‘lgan masofalarni iloji boricha aniq bilish zarur. Bu masofa ko‘p hollarda

M=m+5-5lgr-A(r) (8.5)

formuladan topiladi. Bu erda M – absolyut yulduziy kattalik, m – ko‘rinma yulduziy kattalik, A(r)- yutilish funksiyasi bo‘lib, u ko‘pincha empirik metod bilan topiladi. Ushbu masofani topishda qo‘llaniladigan usullar kuzatuv ob’ektlariga qarab, turlicha bo‘ladi. Bu ob’ektlar adabietda masofalar indikatorlari deyiladi. Ushbu indikatorlar sifatida ko‘pincha sefeidalar, yangi yulduzlar, o‘ta yangi yulduzlar, vodorodning H II zonalari ishlatilishi mumkin.

1. Sefeidlar metodi. Bu metodga ko‘ra tashqi galaktikada kuzatilgan ravshan sefeidning davri kuzatish orqali topilib, so‘ngra “yorqinlik-davri” bog‘lanishidan uning yorqinligi aniqlanadi. Keyin “Spektr-yorqinlik” diagrammasi asosida, sefeidning absolyut yulduz kattaligi M topiladi. Va, nihoyat, Galaktikagacha masofani topishga bevosita imkon beradigan, masofaning moduli (m-M) aniqlanadi. Bu erda m- tashqi galaktikada kuzatilayotgan sefeidning ko‘rinma yulduz kattaligini ifodalaydi.

2. Yangi yulduzlar metodi. Ma’lumki yangi yulduzlar chaqnaganda, maksimumida ularning absolyut yulduz kattaligi –8,5 gacha boradi. Sefeidlarni tadqiq etish shuni ko‘rsatadiki, maksimumidan keyin ularning ravshanligi qanchalik keskin pasaysa, maksimumida yorqinligi shunchalik yuqori bo‘ladi. Agar maksimumidan keyin ravshanligi 3 ga pasayishi uchun ketgan vaqt t bo‘lsa, u holda t < 12 sutka bo‘lganda, uning maksimumidagi absolyut yulduz kattaligi M=-9 bo‘ladi. t ortishi bilan, mos ravishda, M kamayadi. SHunga ko‘ra, sefeidnig maksimumida uning ko‘rinma yulduz kattaligi m va t ni aniqlab, masofaning moduli (m-M), binobarin galaktikagacha bo‘lgan masofani aniqlash mumkin bo‘ladi. SHuningdek, nisbatan yaqin joylashgan galaktikalargacha masofalarni, ularning burchak o‘lchamlariga ko‘ra ham aniqlash mumkin. Juda uzoqdagi galaktikalarning masofasi, ularning spektrlaridagi chiziqlarning doplercha siljishiga asoslanib, Xabbl ochgan (1929 y) qonun asosida topiladi.

3. O‘tayangi yulduzlar metodi. Bu ham oldingi usulga juda o‘xshash. O‘tayangi yulduz portlashida uning maksimumga erishgan ravshanligi kuzatuvdan ma’lum. Nisbatan tez o‘z holiga qaytib keluvchi o‘tayangilar uchun o‘rta hisobda M=-18.9^m, sekin o‘z holiga keluvchilari uchun M= -17.5^m. Qolgan hisob-kitob xuddi yuqoridek olib boriladi. Bu usul 1 Mpk masofagacha o‘rinli.

4. Ob’ektlarni o‘xshatish metodi. Galaktikamizdagi va o‘rganilaetgan boshqa galaktikalardagi ayrim ob’ektlarning absolyut yulduz kattaliklari deyarli bir xil deb olish mumkin. Masalan, yulduzlarning sharsimon to‘dalari uchun absolyut yulduziy kattalikning o‘rtacha qiymati (ayniqsa spiral galaktikalarda) xuddi bizning Galaktikamizdagi shunday to‘dalar uchun ma’lum qiymat bilan o‘xshash deb qarash mumkin. Bunday mezon eng ravshan yulduzlar uchun ham qo‘llanishi o‘rinli.

5. Xalqasimon struktura metodi. Bu usul Vokuler tomonidan taklif qilinib, spiral galaktikalarda mavjud halqasimon strukturalar o‘lchamlari o‘rta hisobda o‘zaro yaqinligiga asoslangan. Spiral galaktika turiga qaramay bu o‘lchamni 2,5 ± 0,4 kpk deb olinadi. Agar xalqaning chiziqli diametri ma’lum bo‘lsa, unda uning burchakli diametrini qiymatini kuzatuvdan olib, ushbu strukturagacha masofa osongina topiladi. Bu metodning afzalliklari shundaki, birinchidan nurlarni fazoda yutilishining umuman aloqasi yo‘q va ikkinchisi yuqoridagi usullar qo‘llab bo‘lmaydigan juda uzoq masofadagi galaktikalarga ishlatiladi.

6. Nuriy tezliklar metodi. Koinotdagi bizdan eng uzoq masofada yotgan galaktikalar uchun Xabblning qizilga siljish qonunini qo‘llash mumkin. Bunda

υ = H · r , (8.6)

bo‘lib, υ – galaktikalar yoki ular to‘dasining bizdan uzoqlashish tezligi, H – Xabbl doimiyligi, r – galaktikagacha masofa. Bu usul kamida 10 Mpk masofadan boshlabgina qo‘llanishi mumkin, ya’ni galaktika qanchalik uzoqda bo‘lsa natija shunchalik aniqroq chiqadi. Gap shundaki, (8.6) formula o‘rta hisobda bajarilib, galaktikalarning qoldiq tezliklari (400-500 km/sek) hisobga olinishi qiyin.

Galaktikalar to‘dalari yoki sistemalariga ham yulduzlarga qo‘llaniladigan statistik funksiyalarni ishlatish mumkin: yorqinlik funksiyasi , ravshanlik funksiyasi va massalar funksiyasi kabilarni kiritib, zarur statistik qonuniyatlar asosida ko‘rinma va haqiqiy masofalarni hamda galaktikalarning katta masshtabdagi taqsimotini topish mumkin. Masalan, bizga eng yaqin fazoda galaktikalar uchun assimetrik ko‘rinishga ega (8.8-rasm). Uning maksimumi ga to‘g‘ri keladi.

8.6–rasm. Bizga yaqin fazodagi galaktikalar sistemasi uchun yorqinlik funksiyasi.

Yorqinlik bo‘yicha esa adabietda quyidagi empirik bog‘lanish mavjud:

(8.7)

27-Ma’ruza. Galaktikalar to'dalari. O'zagi faol galaktikalar. Radiogalaktikalar. Kvazarlar. Gravitatsion linzalar.

§ 8.4. Galaktikalar to’dalari

Galaktikamizdan tashqi astoronomiya shakllanishi, XX asrning 20-yillarida, yulduz turkumlarida proeksiyalangan ayrim tumanliklarni, Galaktikamizdan (boshqacha aytganda Quyoshni o‘z ichiga olgan yulduzlar sistemasidan) tashqarida etuvchi, biznikiga o‘xshash tashqi galaktikalar ekanligi aniqlanishi bilan boshlandi.

Ulkan galaktikalardan biri  Andromeda yulduz turkumida proeksiyalanib ko‘rinadi va shu yulduz turkumining nomi bilan Andromeda galaktikasi (ba’zan Andromeda tumanligi) deb yuritiladi. Andromeda tumanligi bizdan 2 million yorug‘lik yiliga teng masofada etadi. Havo tiniq bo‘lgan tog‘lik rayonlarda tunda uni oddiy ko‘z bilan ko‘rsa ham bo‘ladi. U Andromeda yulduz turkumida yorug‘ tuman dog‘ shaklida ko‘rinadi.

Spiral galaktikalar koinotda keng tarqalgan bo‘lib, bizga qo‘shni boshqa shunday galaktika M-51 nomi bilan mashhur (8.7-rasm). Ungacha masofa 1,8 million yorug‘lik yilini tashkil qiladi. Osmonning Janubiy yarim sharida joylashgan noto‘g‘ri formadagi bizga qo‘shni galaktikalar Katta va Kichik Magellan bulutlari deb nom olgan.

8.7 - rasm

Tashqi Galaktikalar o‘z o‘lchamlariga ko‘ra, turlicha kattaliklarda uchrab eng yiriklari milliardlab, mittilari esa bir necha millionlab yulduzni o‘z ichiga oladi. Gigant galaktikalarning o‘lchamlari 50 ming parsekkacha (ya’ni diametri 150 ming yorug‘lik yiligacha) borgani holda, eng kichiklari bir necha 100 parsekdan ortmaydi.

Hozirgi zamonning quvvatli teleskoplari yordamida rasmga tushirilgan galaktikalarning soni bir necha milliardni tashkil etadi. Biroq ulardan bir qismigina kataloglardan joy olib, strukturalari o‘rganilgan va statistik tahlil etilgan holos. Galaktikalar haqidagi ma’lumotlarni o‘z ichiga olgan kataloglardan biri B.A.Voronsov-Velyaminov rahbarligida tuzilgan 4 tomlik “Galaktikalarning morfologik katalogi” bo‘lib, u yulduz kattaligi 10,1 dan ravshan 30000 ga yaqin galaktikani o‘z ichiga oladi. Galaktikalar tashqi ko‘rinishga ko‘ra, turli-tuman bo‘lsada, ko‘pchiligi, ba’zi o‘xshash tomonlarini inobatga olib, bir necha tipga ajratish mumkin.

Galaktikalarning spektri

Galaktikadan tashqi tumanliklarning spektri, yulduzlarning spektrini eslatib, yutilish chiziqlaridan tashkil topadi. Ular tarkibiga ko‘ra A, F va G sinflariga kiruvchi yulduzlarning spektridan, faqat ayrim gaztumanliklarining spektrlarida uchraydigan emission chiziqlari bilan farq qiladi. Bundan kuzatilayotgan tumanliklar, yulduzlar sistemasi va diffuz materiyadan tashkil topganligi ayon bo‘ladi.

Noto‘g‘ri galaktikalarning spektri, A va F spektral sinflarga, spiral galaktikalarniki F va G sinflarga va, nihoyat, elliptik galaktikalarni G va K sinflarga kiruvchi yulduzlarning spektrini eslatadi. Bu, spiral va noto‘g‘ri galaktikalarda, boshlang‘ich spektral sinflarga kiruvchi qaynoq va yosh yulduzlarning ko‘pligidan, elliptik galaktikalar esa, nisbatan yoshi o‘tgan keyingi spektral sinflarga mansub yulduzlarga boyligidan darak beradi.

Galaktikaning rangiga qarab ham, unda ko‘pchilikni tashkil etgan yulduzlarning spektral sinflari haqida xulosa qilish mumkin. Galaktikalar yoki ularning qismlarining rang ko‘rsatkichlari ham, yulduzlarning rang ko‘rsatgichlarini aniqlash metodi asosida topiladi.

Galaktikalarning fazoda taqsimlanishini o‘rganishda, yulduzlarning taqsimlanishini o‘rganishdagi kabi, osmonning ma’lum uchastkasidagi ob’ektlar sonini ifodalaydigan, ravshanlikning integral funksiyasi N_m, osmonning ma’lum uchastkasida (ko‘pincha 1 kvadrat gradusda) yulduz kattaligi m va undan kichik kattalikdagi Galaktikalarning sonini xarakterlaydi.

Agar galaktikalar fazoda bir tekis taqsimlanadi deb qaralsa, yulduzlar statistikasida aniqlanganidek, Zeeliger teoremasi o‘rinli bo‘lib:

Bu muammo, birinchi marta, 2,5 metrlik reflaktorda 1283 uchastkada 20^m gacha ob’ektlar tushirilgan fotorasmlarni tahlil qilish orqali E.Xabbl tomonidan 1934 yilda bajarildi. Xabbl shu yo‘l bilan 1 kvadrat gradusli maydonga 20^m gacha ravshanlikdagi 131 galaktika to‘g‘ri kelishini aniqladi. Butun sferaga to‘g‘ri keladigan galaktikalar soni esa ga teng chiqdi. Dunyodagi eng yirik teleskop yordamida 24 yulduz kattaligigacha ob’ektlarni (jumladan galaktikalarni ham) ko‘rish mumkinligiga e’tibor qilinsa, unda butun sferada 1,4 milliard galaktikani kuzatish mumkin bo‘ladi.

Xabbl, shuningek, barcha yo‘nalishlar uchun Zeeliger teoremasi o‘rinli ekanligini isbotlab, galaktikalarning fazoda taqsimlanishi birjinsligina bo‘lmay, balki izotrop, ya’ni barcha yo‘nalishlarda bir xil ekanligini ham aniqladi.

Bu masalani sinchiklab o‘rganish, 40 kpk dan kichik masofada galaktikalar alohida guruh va to‘daga birlashishlarini ko‘rsatadi. Bizning Galaktikamiz, Andromeda (M31), Uchburchak yulduz turkumidagi galaktika (M33), Katta va Kichik Magellan bulutlari va boshqa yana bir qancha yulduz sistemalari birgalikda (jami 35 taga yaqin galaktika) Mahalliy galaktik to‘dani hosil qilishi ma’lum bo‘ladi.

Ayni paytda shu xildagi 4000 ga yaqin galaktikalarning to‘dasi ma’lum. Bunday to‘dalarning o‘rtacha diametri 8 Mpk atrofida. Yirik galaktik to‘dalardan biri Veronika Sochlari yulduz turkumida proeksiyalanib salkam 40 000 ga yaqin galaktikani o‘zichiga oladi.

8.8- rasm

U bizdan 70 Mpk masofada joylashib, diametri 12 gacha cho‘zilgan. Bizning Mahalliy to‘damizga eng yaqin galaktik to‘da, 12 Mpk masofada bo‘lib, u Sumbula yulduz turkumiga proeksiyalanadi. Unda ettita gigant galaktika (ulardan biri Sumbula A radiogalaktikasi) va o‘nta gigant spiral galaktika kuzatiladi. Bu gigant galaktikalar, bir necha mahalliy galaktikalar to‘dasi (jumladan bizning Mahaliy to‘damizni ham) o‘z ichiga olgan o‘ta galaktikaning quyulmasi bo‘lishi ham mumkin degan taxmin bor. Bunday o‘tagalaktikaning diametri 40 Mpk bilan baholanadi. Bugunga kelib astronomlar, quvvatli teleskoplar yordamida, shunga o‘xshash, har biri o‘nlab mahalliy galaktik to‘dani o‘z ichiga olgan 50 ga yaqin o‘ta galaktikani ro‘yxatga olgan.

§ 8.5. Yadrosi aktiv galaktikalar

Oxirgi 40 yil ichida 10 mingdan ortiq diskret nurlanish manbalari ochilib, bu manbalarning kataloglari tuzildi. Bular ichida Uchinchi Kembridj katalogi (qisqacha 3S) to‘laligi bilan boshqalaridan ajralib turadi. Bu manbalardan bir qanchasi o‘zimizning Galaktikamizga tegishli bo‘lib, aksariyat holda o‘tayangi yulduzlarning chaqnash mahsulotlari hisoblanadi.

Biroq, ko‘p hollarda, radionurlanishning manbalari tashqi galaktikalar bo‘lib, ularning radiodiapazonda nurlanish energiyasi, optik nurlanish energiyasining atigi 10^-6 qisminigina tashkil etadi.

Spiral va noto‘g‘ri galaktikalar – kuchsiz radionurlanish manbalaridan bo‘lib chiqdi. Ularning detsimetrli diapazonida nurlanish energiyasi taxminan 10³² Vt ni tashkil etadi. SHu diapazonda elliptik galaktikalarning nurlanishi 100 martacha ortiq bo‘lib, 10³⁶ Vt atrofida chiqadi.

Radiodiapazonda nurlanish quvvati, optik diapazondagi nurlanish quvvati bilan bir xil tartibda yoki undan ortiq bo‘lgan galaktikalar – radiogalaktikalar deb yuritiladi. Shunday katta quvvatli bizga yaqin joylashgan radiogalaktika “Oqqush A” deb ataladi. Qizilga siljishga ko‘ra, aniqlangan uning masofasi 330 Mpk. Eng uzoqdagi radiogalaktikalardan biri “Sentavr A” bizning Galaktikamizdan taxminan 2500 Mpk masofada yotadi. Ularning radionurlanishi, noissiqlik xarakter kasb etib, magnit maydonlarida relyativistik elektronlarning sinxrotron nurlanishlari bilan tushuntiriladi.

Kvazarlar. Radiodiapazonda juda katta quvvat bilan nurlanadigan galaktikamizdan tashqi ob’ektlardan biri kvazarlardir. Birinchi kvazar 1960 yilda Uchburchak yulduz turkumida 3 S 48 nomli radiomanba 16^m yulduzga o‘xshash ob’ekt sifatida qayd etildi. 1963 yilda 13 yulduz kattaligiga ega bo‘lgan radio ob’ekt Sunbula yulduz turkumida topilib, 3 – Kembridj katalogida 3S273 nom bilan qayd etildi. Uzoq vaqtga qadar bu ob’ektlarning spektrlarini tahlil qilish qiyin bo‘ldi. Va nihoyat, ularning spektridagi chiziqlar qaysi atomlarga tegishli ekanligi aniqlangach, ularning qizilga siljish kattaliklari aniqlandi. So‘ngra Xabbl qonuni asosida, ularning masofalari va yorqinliklari hisoblandi. Ayni paytda bir necha yuzlab kvazarlar kashf etilgan bo‘lib, ulardan OQ172 nomlanganigacha masofa 10 milliard yorug‘lik yilidan ham ko‘p bo‘lib chiqadi.

Kvazarlarning nurlanish energiyasi juda yuqori bo‘lib, ularning nurlanish quvvati 10⁴⁰-10⁴¹ Vt ni tashkil etadi. Bu kvazarlar yuz milliardlab yulduzi bo‘lgan eng quvvatli galaktikalarning yorqinligidan 100 –1000 marta ko‘p quvvat bilan nurlanadi degani bo‘ladi. Taxmin qilinishicha, kvazarlar, galaktikalar evolyusiyasining uncha uzoq davom etmaydigan bir bosqichidir.

Ma’lumki kvazarlar 1960 yil kashf qilinib, ular tabiati uzoq vaqtgacha noma’lum bo’lib kelgan. Ular spektrida biror chiziq qaysi kimyoviy element bilan bog’liq ekanini aniqlashning dastlab iloji bo’lmagan. Faqat uch yildan so’ng amerikalik astronom M.Shmidt barcha spektral chiziqlar qizil tomonga keskin siljigan bo’lishi lozim degan taxminidan keyin bu chiziqlarning to’lqin uzunliklari aniq topilgan. Natijada «Radiomanbalarning uchinchi Kembridj katalogi»dagi 3C 273 va 3C 48 deb belgilangan va optik nurlarda xira bo’lgan yulduzlarga mos kelgan ob’ektlar spektrining kaliti topilgan. qizilga siljish qiymati esa Dopler effekti orqali topilib, bu qiymatga mos tezlik 150 000 km/sek ekani aniqlangan. Ma’lumki bizning Galaktikamizdagi yulduzlar uchun eng katta tezlik qiymati 400 km/sek dan oshmaydi. Demak bu yulduzlar Somon Yo’li galaktikasiga umuman ta’luqli bo’lmay, bizdan juda uzoq masofada joylashgani aniq bo’ldi (17-rasm). Bu ob’ektlar nomi yulduzsimon radiomanba (quasi-stellar radio source) - qisqacha

8.9 - rasm. Mashxur 3S 273 raqamli kvazar. Uning quyi qismida bir tomonga

otilib chiqqan qaynoq oqim – jetni yaqqol ko’rish mumkin.