Спиральные галактики

Эллиптические галактики

Эллиптические галактики составляют 25% от общего числа галактик высокой светимости. Их прнято обозначать буквой Е (elliptical), к которым добавляется цифра от 0 до 6, соответствующая степени уплощения системы (Е0 - "шаровые" галактики, Е6 - наиболее "сплюснутые").

Эллиптическая галактика ESO 325-G004

Цвет у эллиптических галактик красноватый, так как они состоят преимущественно из старых звезд.

Холодного газа в таких системах почти нет, но наиболее массивные из них заполнены очень разреженным горячим газом, температурой более миллиона градусов. Излучение спектра этих галактик показывает, что звезды в них движутся с почти одинаковой вероятностью во всех направлениях, а вращаются они медленно. Плотность звезд в единице объема увеличивается к центру и плавно спадает от центра к краю.

Спиральные галактики

В 1845 г. английский астроном лорд Росс (Уильям Парсонс) с помощью телескопа со 180-сантиметровым металлическим зеркалом обнаружил целый класс «спиральных туманностей», самым ярким примером которых явилась туманность в созвездии Гончих Псов (М 51 по каталогу III. Мессье). Природа этих туманностей была установлена лишь в первой половине XX столетия. В то время интенсивно проводились исследования по определению размеров нашей Галактики — Млечного Пути — и расстояний до некоторых туманностей, которые удалось разложить на звёзды. Выводы были противоречивы как в оценках расстоянии до туманностей, так и в определении масштабов Галактики. Одни исследователи выносили звёздные туманности далеко за пределы нашей Галактики и называли их «островными вселенными» другие (и таких было большинство), наоборот, включали эти туманности в состав Млечного Пути.

Пример спиральной галактики, Галактика «Вертушка» (Pinwheel) (объект списка Мессье 101 или NGC 5457)

Всё встало на свои места, когда в 20-х гг. в ближайших спиральных туманностях были обнаружены цефеиды, позволившие оценить расстояния до них.

Цефеиды – звезды переменной светимости, получившие такое название в честь первой такого типа обнаруженной звезде в созвездии Цефея. Яркость цефеид периодически меняется, причем, чем реже вспыхивает звезда, тем большей светимости она достигает в максимуме блеска. Периоды цефеид разные – от часов до месяцев. Вымеряв период пульсации звезды и ее яркость в максимуме, можна определить расстояние к ней.

Уточнение шкалы расстояний цефеид в 1952 г. удвоило все межгалактические расстояния.При новой шкале размеры ближайших спиральных туманностей стали сопоставимы с размерами Млечного Пути, а иногда и превышали их. Тем самым были получены последние доказательства того, что спиральные туманности – это огромные звёздные системы, сравнимые с нашей Галактикой и удаленные от неё на миллионы световых лет. С тех пор их и стали называть галактиками.

Спиральные галактики по внешнему виду напоминают чечевицу или двояковыпуклую линзу. На галактическом диске заметен спиральный узор из 2-х и более (до 10) закрученных в одну сторону ветвей или рукавов, выходящих из центра галактики. В спиральных рукавах сосредоточено много молодых ярких звезд и нагреваемых ими светящихся газовых облаков. Диск погружен в разреженное слабосветящееся сфероидальное облако звезд - гало. К этому классу принадлежат половина всех наблюдаемых галактик. Обозначаются - буквой S. Звезды и газ в них обращаются вокруг центра галактики, причем с разной угловой скоростью на разных расстояниях от центра.

Простой взгляд на фотографию спиральной галактики вызывает восхищение и удивление: каким образом может возникнуть такая система звезд? Какая сила собирает и удерживает звезды в спиральных ветвях? Почему самые яркие, массивные, а значит, короткоживущие звезды находятся в спиральных ветвях, а между ветвями – в основном слабые, долго прожившие звезды? Почему вид галактики напоминает два блюдца, приложенные краями друг к другу? Почему в центре галактик, наблюдаемых с ребра, видно шарообразное «вздутие» (балдж), образуемое моломассивными желтыми и красными звездами? И еще множество подобных вопросов можно задать, если вникать в глубины сотворения мира и вселенной. И чем больше ответов получают ученые – тем больше вопросов постает перед ними. Так было и так будет. Но можно попробовать ответить на некоторые из них, используя те материалы, которыми мы обладаем.

Плоская, дискообразная форма объясняется вращением. Во время образования галактики центробежные силы препятствовали сжатию протогалактического облака или системы облаков газа в направлении, перпендикулярном оси вращения. В результате газ концентрировался к некоторой плоскости — так образовались вращающиеся диски спиральных галактик. Диск вращался не как единое твёрдое тело (например, колесо): период обращения звёзд по краям диска намного больше, чем во внутренних частях.

Немало усилий пришлось приложить астрономам, чтобы понять причину других наблюдаемых свойств спиральных галактик. Заметный вклад в исследование их природы висела отечественная наука. Вот как представляют себе природу спиральных ветвей галактик в наши дни.

Все звёзды, населяющие галактику, гравитационно взаимодействуют, в результате чего создаётся общее гравитационное поле галактики. Известно несколько причин, по которым при вращении массивного диска возникают регулярные уплотнения вещества, распространяющиеся подобно волнам на поверхности воды. В галактиках они имеют форму спиралей, что связано с характером вращения диска. В спиральных ветвях наблюдается повышение плотности, как звёзд, так и межзвёздного вещества — пыли и газа. Повышенная плотность газа ускоряет образование и последующее сжатие газовых облаков и тем самым стимулирует рождение новых звёзд. Поэтому спиральные ветви являются местом интенсивного звездообразования.

Спиральные ветви — это волны плотности, бегущие по вращающемуся диску. Поэтому через некоторое время звезда, родившаяся в спирали, оказывается вне её. У самых ярких и массивных звёзд очень короткий срок жизни, они сгорают, не успев покинуть спиральную ветвь. Менее массивные звёзды живут долго и доживают свой век в межспиральном пространстве диска.

Маломассивные жёлтые и красные звёзды, составляющие балдж намного старше звёзд, концентрирующихся в спиральных ветвях. Эти звёзды родились ещё до того, как сформировался галактический диск. Возникнув в центре протогалактического облака, они уже не могли быть вовлечены в сжатие к плоскости галактики и потому образуют шарообразную структуру.

Схема спиральной галактики, вид в профиль

Балдж и диск галактики погружены в массивное гало. Некоторые исследователи предполагают, что основная масса гало заключена не в звёздах, а в несветящемся (скрытом) веществе, состоящем либо из тел с массой, промежуточной между массами звёзд и планет, либо из элементарных частиц, существование которых предсказывают теоретики, но которые ещё предстоит открыть. Проблема природы этого вещества — скрытой массы — сейчас занимает умы многих учёных, и её решение может дать ключ к природе вещества во Вселенной в целом.

Галактики с перемычкой (баром)

Спиральные галактики с перемычкой — спиральные галактики с перемычкой («баром») из ярких звёзд, выходящей из центра и пересекающей галактику посередине. Спиральные ветви в таких галактиках начинаются на концах перемычек, тогда как в обычных спиральных галактиках они выходят непосредственно из ядра.
В своей классификации Эдвин Хаббл типизировал такие галактики как «SB» и подразделил их 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 перемычкой.
В 2005 году, при работе с Космическим телескопом имени Спитцера и основываясь на более ранних наблюдениях, было установлено, что Млечный Путь также следует относить к спиральным галактикам с перемычкой. Гипотеза о наличии перемычки в нашей галактике была выдвинута на основе многочисленных данных с радиотелескопов. Однако только благодаря изображениям со Спитцера, работающего в инфракрасном диапазоне, данное предположение получило твёрдое подтверждение.

NGC 1300, пример спиральной галактики с перемычкой.

В процессе изучения ядра Млечного Пути ученые обнаружили, что балдж нашей галактики имеет вытянутую форму. Это натолкнуло на мысль о том, что все галактики с перемычками имеют вытянутый балдж. При наблюдении удаленных спиральных галактик, ось вращения которых перпендикулярна оси зрения, то есть тогда, когда галактика повернута к нам ребром, вытянутость балджа может быть легко обнаружена. Это позволяет легко отнести подобную галактику либо к обычной спирали, либо к спирали с перемычкой. Благодаря этому методу галактика NGC 4565 была определена как спиральная галактика с перемычкой