Содержащей множество старых звёзд - так называемое «Население II » - и нередко сверхмассивную чёрную дыру в центре;
Спиральные галактики названы так, потому что имеют внутри диска яркие рукава звёздного происхождения, которые почти логарифмически простираются из балджа. Хотя иногда их нелегко различить (например, во флоккулентных спиралях), эти рукава служат основным признаком, по которому спиральные галактики отличаются от линзообразных галактик , для которых характерно дисковое строение и отсутствие ярко выраженной спирали. Спиральные рукава представляют собой области активного звездообразования и состоят по большей части из молодых горячих звёзд; именно поэтому рукава хорошо выделяются в видимой части спектра. Абсолютное большинство наблюдаемых спиральных галактик вращается в сторону закручивания спиральных ветвей .
Диск спиральной галактики обычно окружён большим сфероидальным гало , состоящим из старых звёзд «Населения II », большинство которых сосредоточено в шаровых скоплениях , вращающихся вокруг галактического центра. Таким образом, спиральная галактика состоит из плоского диска со спиральными рукавами, эллиптического балджа и сферического гало, диаметр которого близок к диаметру диска.
Многие (в среднем две из трёх) спиральные галактики имеют в центре перемычку («бар» ), от концов которой отходят спиральные рукава . В рукавах содержится значительная часть пыли и газа, также множество звёздных скоплений . Вещество в них вращается вокруг центра галактики под действием гравитации.
Масса спиральных галактик достигает 10 12 масс Солнца.
Известен следующий парадокс: время обращения звёзд вокруг ядра галактики составляет порядка 100 миллионов лет; возраст самих галактик в несколько десятков раз больше. Между тем спирали закручены как правило на небольшое число оборотов. Парадокс объясняется тем, что принадлежность звёзд спиралям не постоянна: звёзды входят в область, занимаемую спиральным рукавом, на некоторое время замедляют своё движение в этой области, и покидают спираль. Между тем спираль, как область повышенной плотности вещества в диске спиральной галактики, может существовать неограниченно долго - спирали подобны стоячим волнам.
Спирали галактик могут несильно отличаться по количеству звёзд от окружающего их диска, но могут быть существенно ярче. Газовые облака, пересекая спираль, испытывают сжатие или расширение, порождающие ударные волны в газе. Всё это приводит к нарушению равновесия в облаках и интенсивному звёздообразованию в области спирали. А если учесть, что время жизни ярчайших гигантов и сверхгигантов в тысячи раз меньше, чем возраст Солнца, то получается что большинство ярких голубых звёзд собрано в небольшом объёме спирального рукава: сверхгиганты не успевают покинуть спираль за те несколько миллионов лет, которые существуют до взрыва сверхновой. Как следствие, большое количество голубых сверхгигантов придаёт спиралям галактик яркий голубоватый оттенок.
Солнце интересно тем, что расположено между спиральных рукавов Галактики и делает оборот вокруг центра Галактики в точности за то же время, что и спиральные рукава. Как следствие, Солнце не пересекает области активного звездообразования, в которых часто вспыхивают сверхновые - источники губительного для жизни излучения.
| Галактики | |
|---|---|
| Виды | |
| Структура | |
| Активные ядра | |
| Взаимодействие | |
| Явления и процессы |
|
| Списки | |
Wikimedia Foundation . 2010 .
Галактика, отличающаяся спиральной структурой. Любая галактика со спиральными рукавами. Эдвин Хаббл разделил спиральные галактики на две обширные группы с центральной перемычкой (SB галактики) и без нее (S). Каждая группа далее подразделяется на… … Астрономический словарь
СПИРАЛЬНАЯ ГАЛАКТИКА, тип стандартных ГАЛАКТИК в классификации Эдвина ХАББЛА … Научно-технический энциклопедический словарь
M101 Галактика История иссл … Википедия
В 1845 году английским астрономом лордом Россом был обнаружен целый класс туманностей спирального типа. Их природу установили только в начале двадцатого века. Учеными было доказано, что данные туманности являются огромными звездными системами, похожими на нашу Галактику, однако они удалены от нее на многие миллионы световых лет.
Спиральные галактики (фото, приведенные в этой статье, демонстрируют особенности их структуры) своим внешним видом напоминают пару сложенных вместе тарелок или двояковыпуклую линзу. В них можно обнаружить как массивный звездный диск, так и гало. Центральную часть, которая визуально напоминает вздутие, принято называть балджем. А темную полосу (непрозрачную прослойку межзвездной среды), идущую вдоль диска, называют межзвездной пылью.
Спиральные галактики принято обозначать литерой S. Кроме того, их принято делить по степени структуры. Для этого к основному символу добавляют литеры a, b или c. Так, Sa соответствует галактике с малоразвитой спиральной структурой, однако с большим ядром. Третий класс - Sc - относится к противоположным объектам, со слабым ядром и мощными спиральными ветвями. У некоторых звездных систем в центральной части может находиться перемычка, которую принято называть баром. В таком случае к обозначению добавляется символ В. Наша Галактика относится к промежуточному типу, без перемычки.
Плоские дискообразные формы объясняют вращением звездных скоплений. Существует гипотеза, что в процессе образования галактики препятствует сжатию так называемого протогалактического облака в перпендикулярном направлении к оси вращения. Также следует знать, что характер движения газов и звезд внутри туманностей неодинаков: диффузные скопления вращаются быстрее, чем старые звезды. Например, если характерная скорость вращения газа составляет 150-500 км/с, то звезда гало будет всегда двигаться медленнее. А балджи, состоящие из таких объектов, будут иметь скорость в три раза ниже, чем диски.
Если описанный выше процесс происходит в сильно сжатой звездной системе, то диффузная материя должна осесть на основную плоскость галактики, ведь именно здесь уровень потенциальной энергии является наименьшим. Сюда же и собираются газовые и пылевые частицы. Далее диффузная материя начинает свое движение в основной плоскости звездного скопления. Перемещаются частицы практически параллельно по круговым орбитам. В результате столкновения здесь довольно редки. Если же они и происходят, то энергетические потери при этом незначительны. Из этого следует, что материя далее к центру галактики не перемещается, где потенциальная энергия имеет еще меньший уровень.
Теперь рассмотрим, как ведет себя эллипсоидная галактика. Звездная система такого типа отличается совершенно иным развитием данного процесса. Здесь главная плоскость вовсе не является ярко выраженной областью с малым уровнем потенциальной энергии. Сильное снижение этого параметра происходит только в центральном направлении звездного скопления. А это значит, что межзвездные пыль и газ будут притягиваться в центр галактики. Как следствие, плотность диффузной материи здесь будет очень высока, гораздо больше, чем при плоском рассеивании в спиральной системе. Собравшиеся в центре скопления частицы пыли и газа под действием силы притяжения начнут сжиматься, тем самым сформируется малая по размерам зона плотного вещества. Ученые предполагают, что из данной материи в дальнейшем начинают формироваться новые звезды. Важным здесь является иное - малое по своим размерам облако газа и пыли, находящееся в ядре слабо сжатой галактики, не позволяет себя обнаружить в процессе наблюдения.
Мы рассмотрели два основных типа звездных скоплений - со слабым и с сильным уровнем сжатия. Однако существуют и промежуточные стадии, когда сжатие системы находится между этими параметрами. У таких галактик эта характеристика является недостаточно сильной для того, чтобы диффузная материя собралась вдоль всей основной плоскости скопления. И в то же время она недостаточно слабая и для того, чтобы частицы газа и пыли сконцентрировались в районе ядра. В таких галактиках диффузная материя собирается в небольшую плоскость, которая собирается вокруг ядра звездного скопления.
Известен еще один подтип спиральных галактик - это звездное скопление с перемычкой. Его особенность состоит в следующем. Если у обычной спиральной системы рукава выходят непосредственно из дискообразного ядра, то у данного типа центр располагается в середине прямой перемычки. А ветви такого скопления начинаются из концов данного отрезка. Еще их принято называть галактиками пересеченных спиралей. Между прочим, физическая природа данной перемычки до сих пор остается неизвестной.
Кроме того, ученым удалось обнаружить еще один вид звездных скоплений. Они характеризуются ядром, как и у спиральных галактик, однако рукавов у них нет. Наличие ядра говорит о сильном сжатии, но все остальные параметры напоминают эллипсоидные системы. Такие скопления получили название чечевицеобразных. Ученые предполагают, что эти туманности образуются в результате потери спиральной галактикой своей диффузной материи.
Газ в спиральных рукавах состоит в основном из водорода. Обычно он практически неионизован (нейтральный водород, HI), но вокруг горячих звезд водород ионизован (). Газ часто образует плотные диффузные туманности, также служащие ориентиром при определении вида спиральных ветвей. Еще одним признаком ветвей явл. рассеянная в газе , обнаруживаемая по производимому ею поглощению. Она видна как тонкая темная полоса по внутреннему (ближе к центру галактики) краю спиральной ветви. Кроме того, в рукавах наблюдаются тонкие полоски, пересекающие рукава (рис. 2) и отдельные темные массы. Концентрация звезд, образующих галактич. диск, тоже несколько увеличивается в ветвях, но не так сильно, как концентрация газа.
Звезды, газ и др. объекты галактич. диска движутся по орбитам, близким к круговым. Экспериментально установлено, что угловая скорость этого движения как ф-ция радиуса, т.е. , убывает с удалением от центра галактики. При таком характере вращения большие газовые облака или др. протяженные образования растягиваются и становятся похожими на часть спиральной ветви. Однако спиральные ветви не могли возникнуть таким путем. Дифференциальное вращение способно создать структуры, похожие на наблюдаемые рукава, меньше чем за 10 9 лет. В течение неск. оборотов Галактики, возраст к-рой превышает 10 10 лет, такие структуры должны были разрушиться, пространственнное распределение водорода, пыли и горячих звезд стать нерегулярным, чего в большинстве случаев не наблюдается.
Б. Линдблад (Швеция) первым высказал идею о том, что спиральные ветви могут быть волнами плотности. В 1964 г. Ц. Лин и Ф. Шу (США) показали, что в галактиках действительно могут существовать волны плотности спиралевидной формы, вращающиеся с угловой скоростью (т.е. форма фронта таких волн не искажается дифференциальным вращением галаактич. диска) и распространяющиеся по радиусу с определенной групповой скоростью v гр. Поскольку в Галактике газа мало (2-5%), то волны распространяются по звездному населению, в к-ром они могут возбуждаться, а газ уже реагирует на возмущение , связанного с волнами, бегущими по системе звезд, т.е. его движение в гравитац. поле рукавов явл. несамосогласованным.
Галактики представляют собой т.н. бесстолкновительные звездные системы, т.к. время между двумя последовательными сближениями к.-л. звезды с др. звездой на 3-4 порядка больше возраста галактики. Поэтому возможность распространения волн в таких системах довольно необычна. Здесь упругость, необходимая для распространения волн плотности, обусловлена силами Кориолиса, приводящими к эпициклическому движению звезд, т.е. в конечном счете - вращению системы.
В волне концентрация звезд увеличивается незначительно (соответствующее изменение гравитац. потенциала 10-20%). Однако реакция межзвездного газа даже на столь значительное изменение гравитац. потенциала галактики велика: разгоняясь в поле спиральной волны звездной плотности, газ приобретает сверхзвуковую скорость и сжимается в неск. раз. Это может привести к возникновению глобальной (охватывающей большую часть диска) ударной волны в межзвездном газе. Одним из наблюдательных проявлений торможения газа в ударной волне (газ догоняет при своем галактич. движении рукава и затем тормозится) явл. темные полосы плотного газа с пылью на внутр. кромке спиральных рукавов (рис. 2). Сжатие газа может служить спусковым механизмом (триггером) для образования звезд. Действительно, индикаторами спиральной структуры обычно служат молодые OB-звезды и их ассоциации, зоны HII, остатки вспышек сверхновых, молекулярные темные облака, H 2 O-мазеры, источники -излучения (см. ). При протекании межзвездного газа через спиральные рукава в нем могут происходить своего рода фазовые переходы с образованием облачной структуры. Это проливает свет на происхождение сосуществующих одновременно различных фаз (холодной, теплой, горячей) межзвездного газа.Волновая теория спиральной структуры галактик разработана достаточно детально и допускает количественное сравнение с наблюдениями. Однако имеется ряд нерешенных проблем. Регулярный спиральный узор наблюдается далеко не во всех галактиках, часто видна довольно нерегулярная структура, состоящая из многих коротких образований, к-рые лишь "в целом" формируют подобие спиральных рукавов. Регулярный глобальный спиральный узор наблюдается обычно у галактик, имеющих бар, и у галактик со "спутниками" (рис. 2). В этих случаях регулярная структура находит объяснение. Так, имеющийся в центре галактики бар действует как генератор, возбуждающий и поддерживающий волны плотности. Галактика-спутник, как показывают расчеты на ЭВМ, также может возбуждать спиральные волны плотности в осн. галактике, благодаря возникающим здесь приливным силам.
Несмотря на то что волновая интерпретация спирального узора галактик явл. практически общепринятой, в рамках самой волновой теории существуют точки зрения, окончательный выбор между к-рыми могут помочь сделать только наблюдения. Если Галактику со всеми ее подсистемами рассматривать как бесконечно тонкий диск с нек-рой ср. дисперсией скоростей звезд и споверхностной плотностью, соответствующей проекции полной плотности в данной точке, и приписать этой модели наблюдаемую кривую вращения галактики, то геометрия двухрукавного узора оказывается совпадающей с наблюдаемой при 13 км/(скпк) для определенного типа волн плотности. Согласно другой точке зрения, тип волн плотности определяется плоской подсистемой и дисперсией скоростей ее компонентов, к-рая намного меньше значения, принятого в первом случае. При этом геометрия наблюдаемого узора лучше описывается др. типом волн с 24 км/(скпк). Имеется ряд теоретич. соображений и данных наблюдений, свидетельствующих, по-видимому, в пользу того, что в Галактике реализуется второй случай. Если это так, то Солнце в Галактике находится в исключительном положении, что может иметь далеко идущие последствия для космогонии Солнечной системы и происхождения в ней жизни. Поскольку галактич. диск вращается дифференциально, а спиральные рукава - твердотельно, в Галактике должна существовать окружность, на к-рой угловые скорости диска и волны плотности равны. Такая окружность наз. коротационной (от англ. corotation - совместное вращение). Ее радиус R=R C определяется условием . Поскольку в каждой спиральной галактике может существовать только одна такая окружность, то, очевидно, она явл. выделенной. Угловая скорость вращения Солнца в Галактике 25 км/(скпк), расстояние Солнца до центра Галактики 10 кпк. Если 24 км/(скпк), то, согласно, модели Шмидта (1965 г.), напр., 10,3 кпк. Это значит, что галактич. орбита Солнечной системы близка к коротационной окружности и, следовательно, находится в особом положении.
В больших спиральных галактиках, наподобие той, в которой мы живем, полная масса звезд составляет около 100-200 млрд. масс Солнца. Если разделить это число на вероятный возраст галактик (10-20 млрд. лет), то мы получим среднюю скорость образования звезд из газа за всю историю галактики, которая равна 5-20 солнечных масс в год. Однако темп звездообразования постепенно уменьшается со временем, поэтому сейчас в большинстве случаев он составляет для большинства спиральных галактик 1-5 массы Солнца в год. А несколько молодых звезд в год - это не так уж много.
Молодые звезды образуются неодинаково часто по всей галактике. Темпы звездообразования зависят от расстояния от центра галактики примерно так, как показана на рис. 6. Хотя молодые звезды могут присутствовать (в небольшом количестве) вблизи центра галактики, подавляющее большинство их связано со спиральными ветвями. Образования звезд за пределами оптически наблюдаемых ветвей практически не происходит, несмотря на то что в ряде галактик там найден межзвездный газ.
Темп звездообразования отличается и для различных типов спиральных галактик. В галактиках Sa он, как правило, меньше, чем в галактиках Sc. Обычно в спиральных ветвях Sa-галактик не наблюдается отдельных голубых звезд или ярких областей Н II - они там не только реже встречаются, но и слабее по светимости (последнее пока представляет собой загадку).
Чтобы понять, как происходит рождение звезд в галактиках, важно выяснить, откуда же появляются спиральные ветви и почему звезды возникают преимущественно в них?
Если взглянуть на фотографии некоторых спиральных галактик, то может показаться, будто вся галактика, кроме небольшой части в центре, состоит из спиралей. Но такое впечатление ошибочно. Проведя специальные измерения, можно убедиться, что даже в галактиках с хорошо развитой структурой светимость спиральных ветвей (и в особенности масса) составляет небольшую часть от светимости (или массы) всей галактики. Выделяются же они на общем звездном фоне потому, что в спиралях собраны самые яркие объекты галактик: горячие звезды с температурой, на поверхности 20-30 тыс. градусов, скопления молодых звезд, звездные ассоциации и массивные газовые облака, ярко флюоресцирующие под действием ультрафиолетового излучения горячих звезд. Звезды с большой светимостью и высокой температурой живут гораздо меньше, чем «обычные» звезды типа нашего Солнца. Поэтому мы наблюдаем их только недалеко от мест, где они родились. Их концентрация в спиральных ветвях говорит о том, что ветви в галактиках - это вытянувшиеся длинной цепочкой или полосой области, где происходит величественный процесс зарождения звезд. Правда, известны галактики, где мы видим молодые звезды, а спиральных ветвей у них нет. В таких галактиках, как правило, много межзвездного газа. Похоже, что спиральные ветви просто облегчают и ускоряют образование звезд, делая этот процесс эффективным, даже когда остается мало необходимого для него «сырья» - межзвездного газа.
Спиральная форма ветвей может быть связана с вращением галактик. Это вращение таково, что его угловая скорость уменьшается с расстоянием от центра галактики. Отсюда следует, что отдельные части галактики обегают вокруг галактического центра с различными периодами, и если чем-нибудь выделить во вращающемся диске достаточно большую область, то уже меньше чем через один оборот она превратится в сегмент спирали.
Представим теперь себе, что в нескольких областях в плоскости галактики газ уплотнился и возникли очаги звездообразования. Тогда дифференциальное вращение галактики очень быстро (если можно назвать быстрым процесс, идущий десятки миллионов лет) «размажет» каждую такую область в сегмент - «обрывок» спиральной ветви. И действительно, «обрывки» спиральных ветвей в некоторых галактиках наблюдаются. Наверное, они есть в каждой звездной системе, где очаги звездообразования могут растягиваться дифференциальным вращением. Но это не решение проблемы, поскольку во многих галактиках спиральные ветви заведомо не сегменты. Их удается проследить на протяжении одного и даже более оборотов вокруг ядра. Только процесс, охватывающий значительную часть всей галактики, способен привести к образованию спиральных ветвей.
Быть может, спиральные ветви - это просто выбросы вещества из центра галактики? Но, во-первых, спиральные ветви далеко не всегда «дотягиваются» до центра (в галактиках с перемычкой они, например, отходят от нее под прямым углом), а, во-вторых, вещество спиральных ветвей (звезды, межзвездный газ) вращается вокруг центра галактики по орбитам, близким к круговым, а не движется радиально, как можно было бы ожидать в случае выброса. К тому же, выбросы должны происходить часто, чтобы можно было объяснить широкую распространенность спиральных галактик.
В таком случае спиральные ветви, может быть, представляют собой изогнутые трубки сравнительно плотного межзвездного газа, в котором образуются звезды? Наблюдения нейтрального межзвездного водорода не противоречат такому предположению, но что может удерживать газ в таких трубках, почему он не разлетится во все стороны? Собственное гравитационное поле газа удержать его не может: действие гравитации приведет лишь к тому, что газовая трубка разобьется на отдельные конденсации и разрушится. Да и дифференциальное вращение галактики быстро растянет трубку, пока она через 1-2 оборота не «закрутится» совсем. Так что таким путем спиральные ветви объяснить не удается.
Тогда, может быть, в состоянии спасти трубку газа от разрушения магнитное поле? Но и на этом пути встречаются большие трудности: чтобы спиральная ветвь-трубка вращалась как целое, необходимо иметь магнитное поле с плотностью энергии, в несколько сот раз большей соответствующей величины для поля в межзвездном газе нашей Галактики. Вряд ли это возможно: такое поле привело бы к легко обнаруживаемым эффектам, и его присутствие тем или иным путем выдало бы себя.
Решение (единственное ли?) проблемы существования спиральных ветвей удалось найти на ином пути, рассматривая их не как сплошные трубки, а как области, где особенно близко друг к другу располагаются орбиты звезд, вращающихся вокруг центра галактики (например, так, как показано на рис. 7). Спиральные ветви с этой точки зрения являются лишь уплотнениями в звездном диске, которые не включают в себя все время одни и те же объекты, а перемещаются по диску галактики, не перенося с собой вещества, как не переносят его волны, распространяющиеся по поверхности воды.
Первым, кто начал разрабатывать подобный подход к объяснению природы спиральных ветвей, был шведский математик Б. Линблад. Начиная с 1960-х годов, теория спиральных ветвей как волн плотности стала быстро развиваться благодаря новому гидродинамическому подходу к вопросу распространения волн плотности, заимствованному из плазменной физики. Этот подход был применен к изучению волн сжатия со спиральным фронтом, распространяющихся в газо-звездном диске галактики. Согласно волновой теории образования спиральных ветвей дифференциальное вращение галактики не должно разрушать спиральную структуру, так как в отличие от звездного диска спиральный узор вращается с постоянным периодом, подобно рисунку на твердой поверхности волчка. При этом и звезды, и газ движутся относительно спиральных ветвей, периодически проходя через фронт волны. На движение звезд такое прохождение сказывается мало: их плотность в спиральной ветви становится лишь чуть-чуть (на несколько процентов) выше. Иное дело - межзвездный газ. Его можно рассматривать как сплошную, легко сжимающуюся среду, плотность которой при прохождении через «гребень» волны должна резко возрастать. Здесь и кроется ответ на вопрос о том, почему спиральные ветви - место рождения звезд. Ведь сжатие межзвездного газа способствует его быстрой конденсации в облака, а затем и в звезды.
Процесс прохождения газа через спиральную ветвь неоднократно рассматривался теоретически. Результаты расчетов показывают, что, когда газ «входит» в спиральную ветвь, его плотность и давление резко возрастают (в некоторых случаях возникает ударная волна), и происходит быстрое разбиение газа на две фазы: плотную, но холодную (облака) и разреженную, но с температурой 7-9 тыс. градусов (межоблачная среда). Если масса облаков велика - несколько сотен масс Солнца, то внешнее давление горячей среды может сжать их настолько, что облака станут гравитационно неустойчивыми и смогут сжиматься (до образования звезд). Одновременно и независимо действует и другой механизм увеличения плотности газа. Он связан с тем, что межзвездный газ в магнитном поле галактики образует неустойчивую систему. Газовые облака как бы «соскальзывают» по силовым линиям магнитного поля, опускаясь к самой плоскости звездного диска - в так называемые «потенциальные ямы». Там они скапливаются и сливаются в большие газовые комплексы, где и происходит образование звезд. Эти комплексы газа, нагретые звездами, и создают клочковатый вид спиралей в галактиках, богатых межзвездным газом.
Появившиеся в результате этих процессов звезды продолжают свое движение по галактике с теми скоростями, которыми обладал породивший их газ, и постепенно - за десятки миллионов лет - выходят из спиральной ветви. Но за это время самые яркие звезды уже успевают постареть и перестают излучать много энергии («погаснут» и газовые облака, светившиеся благодаря этим звездам). Поэтому мы почти всегда наблюдаем яркие звезды и горячий межзвездный газ именно в спиральных ветвях, а не по всей галактике. Более того, эти объекты (а также темные «прожилки» пыли, появление которых, по-видимому, связано со сжатием газа) концентрируются не просто к спиральным ветвям, а к их внутренней стороне - как раз там, где, согласно волновой теории, ожидается «вхождение» газа в волну уплотнения и его сжатие.
После прохождения спиральной ветви межзвездный газ вновь становится разреженным - один атом на несколько кубических сантиметров пространства. Через фронт волны проходят новые массы газа, возникают новые очаги звездообразования.
Вывод о том, что спиральные ветви галактик могут быть образованы волнами плотности, находит свое подтверждение и в расчетах (с помощью быстродействующих ЭВМ) движения большого количества материальных точек, имитирующих звезды и газ галактического диска. Эти расчеты показали, что газ в своем движении действительно может образовывать ярко выраженную спиральную структуру.
При объяснении природы спиральных ветвей волновая теория встретилась с серьезной проблемой: волны плотности оказались не «вечными». Они должны медленно затухать и исчезли бы, просуществовав не более 1 млрд. лет, если не возбуждались бы вновь или не поддерживались бы каким-либо источником энергии. Поэтому перед учеными встала еще одна задача: выяснить, каков источник или, лучше сказать, механизм возбуждения волн плотности?
Таких механизмов было предложено несколько, однако, какой из них играет основную роль в галактиках, пока неясно. Возбудить волны может и взаимодействие двух звездных подсистем галактик, если одна вращается быстро, а другая - медленно (звездный диск и сфероидальная составляющая галактики), и гравитационная неустойчивость межзвездной среды на периферии галактик, и неосесимметричное распределение масс, часто наблюдаемое вблизи центра галактик, а также, возможно, выбросы из ее центрального ядра.
Вообще говоря, как волны на воде или звуковые волны в воздухе можно возбуждать большим количеством способов, так и волны плотности в галактиках могут возбуждаться самыми различными путями - результат будет один: спиральная структура.
Окончательная проверка правильности волновой теории происхождения спиральных ветвей галактик, видимо, является делом недалекого будущего. Но пока еще наши знания о природе спиральных ветвей далеко не полны и все предположения и расчеты еще нуждаются в подтверждении. Да и форма спиральных ветвей часто слишком сложна, чтобы считать их математически правильной спиралью. Ветви могут быть и широкими и узкими, отклоняться от формы спирали, сливаться, разветвляться, соединяться перемычками, образовывать несколько независимых «ярусов» и т. д. (Б. А. Воронцов-Вельяминов среди тысяч спиральных галактик обнаружил и ряд таких, две ветви которых словно бы закручиваются в разные стороны!). Объяснить это многообразие форм пока не удается. Наконец, в некоторых звездных системах спиральные ветви имеют явно неволновую природу, хотя их форма, видимо, все же связана с вращением галактики. Это относится не только к спиральным «обрывкам» внутри галактик. Известно немало случаев, когда спиральные ветви… выходят за пределы самих галактик! Широкие и неяркие, они тянутся неровной полосой, подчас на многие десятки тысяч световых лет через периферийные области звездных систем, уходя в межгалактическое пространство. Наблюдаются они почти исключительно там, где есть две или несколько так называемых взаимодействующих галактик. Один из пионеров изучения взаимодействующих галактик - Б. А. Воронцов-Вельяминов обнаружил большое количество близких друг к другу галактик, одна или две из которых обладают странными межгалактическими ветвями, не всегда спиральными по своему виду (рис 8). Подобные ветви в некоторых случаях могут появиться при действии на звездную систему гравитационного поля соседней галактики. Внешнее гравитационное поле может изменить внутреннюю структуру галактики (ведь все ее вещество движется под влиянием сил гравитации). Когда к галактике подходит другая массивная звездная система, возникают силы, стремящиеся разрушить галактику. Но чаще всего до полного разрушения дело не доходит. Часть звезд отрывается от основного тела галактики и при определенных условиях может образовать одну или две «струи», искривляющиеся из-за того, что звезды до этого вращались вокруг центра галактики. Получаются спирали из оторванных от галактики звезд. Если звездная система не окружена достаточно плотной газовой средой или не имеет размер, много больший, чем предполагают сейчас, то судьба таких спиралей проста - пройдут сотни миллионов лет и спирали исчезнут: входящие в них звезды «упадут» назад или навсегда покинут галактику. Правильность подобных представлений подтверждается расчетами взаимодействия звездных систем, проводившимися на ЭВМ.
Но вот что удивительно: можно найти такие галактики, у которых внешние ветви «стыкуются» с обычными спиральными ветвями. Значит, возбуждение волн плотности может быть связанным с внешним воздействием. Получается, что одна галактика может на расстоянии влиять на образование звезд (а значит, и планет) в другой, соседней галактике (Есть основания полагать, что наша Галактика также несет следы взаимодействия с соседними системами - БМО и ММО. Австралийские радиоастрономы обнаружили длинный и узкий, пересекающий более чем полнеба «рукав» разреженного холодного нейтрального водорода, связанный с этими двумя соседними галактиками. Звезд в газовом рукаве пока не обнаружено, но они могут быть и слишком слабыми, чтобы их там можно было различить как отдельные точки.).
Галактикой называют крупные формирования звезд, газа, пыли, которые удерживаются вместе силой гравитации. Эти крупнейшие соединения во Вселенной могут различаться формой и размерами. Большая часть космических объектов входит в состав определенной галактики. Это звезды, планеты, спутники, туманности, черные дыры и астероиды. Некоторые из галактик обладают большим количеством невидимой темной энергии. Из-за того, что галактики разделяет пустое космическое пространство, их образно называют оазисами в космической пустыне..
| Эллиптическая галактика | Спиральная галактика | Неправильная галактика | |
|---|---|---|---|
| Сфероидальный компонент | Галактика целиком | Есть | Очень слаб |
| Звёздный диск | Нет или слабо выражен | Основной компонент | Основной компонент |
| Газопылевой диск | Нет | Есть | Есть |
| Спиральные ветви | Нет или только вблизи ядра | Есть | Нет |
| Активные ядра | Встречаются | Встречаются | Нет |
| 20% | 55% | 5% |
Ближайшая к нам звезда Солнце относится к миллиарду звезд в галактике Млечный путь. Посмотрев на ночное звездное небо, тяжело не заметить широкую полосу, усыпанную звездами. Скопление этих звезд древние греки назвали Галактикой.
Если бы у нас была возможность посмотреть на эту звездную систему со стороны, мы бы заметили сплюснутый шар, в котором насчитывается свыше 150 млрд. звезд. Наша галактика имеет такие размеры, которые тяжело представить в своем воображении. Луч света путешествует с одной ее стороны на другую сотню тысяч земных лет! Центр нашей Галактики занимает ядро, от которого отходят огромные спиральные ветви, заполненные звездами. Расстояние от Солнца до ядра Галактики составляет 30 тысяч световых лет. Солнечная система расположена на окраине Млечного пути.
Звезды в Галактике несмотря на огромное скопление космических тел встречаются редко. Например, расстояние между ближайшими звездами в десятки миллионов раз превышает их диаметры. Нельзя сказать, что звезды разбросаны во Вселенной хаотично. Их местоположение зависит от сил гравитации, которые удерживают небесное тело в определенной плоскости. Звездные системы со своими гравитационными полями и называют галактиками. Кроме звезд, в состав галактики входит газ и межзвездная пыль.
Состав галактик.
Вселенную составляет также множество других галактик. Наиболее приближенные к нам отдалены на расстояние 150 тыс. световых лет. Их можно увидеть на небе южного полушария в виде маленьких туманных пятнышек. Их впервые описал участник Магеллановой экспедиции вокруг мира Пигафетт. В науку они вошли под названием Большого и Малого Магеллановых Облаков.
Ближе всего к нам расположена галактика под названием Туманность Андромеды. Она имеет очень большие размеры, поэтому видна с Земли в обычный бинокль, а в ясную погоду – даже невооруженным глазом.
Само строение галактики напоминает гигантскую выпуклую в пространстве спираль. На одном из спиральных рукавов за ¾ расстояния от центра находится Солнечная система. Все в галактике кружится вокруг центрального ядра и подчиняется силе его гравитации. В 1962 году астрономом Эдвином Хабблом была проведена классификация галактик в зависимости от их формы. Все галактики ученый разделил на эллиптические, спиральные, неправильные и галактики с перемычкой.
В части Вселенной, доступной для астрономических исследований, расположены миллиарды галактик. В совокупности их астрономы называют Метагалактикой.
Галактики представлены крупными группировками звезд, газа, пыли, удерживаемых вместе гравитацией. Они могут существенно отличаться по форме и размерам. Большинство космических объектов относятся к какой-либо галактике. Это черные дыры, астероиды, звезды со спутниками и планетами, туманности, нейтронные спутники.
Большинство галактик Вселенной включают огромное количество невидимой темной энергии. Так как пространство между различными галактиками считается пустотным, то их нередко называют оазисами в пустоте космоса. Например, звезда по имени Солнце – одни из миллиардов звезд в галактике «Млечный Путь», находящейся в нашей Вселенной. В ¾ расстояния от центра данной спирали находится Солнечная система. В этой галактике все беспрерывно движется вокруг центрального ядра, которое подчиняется его гравитации. Однако и ядро тоже движется вместе с галактикой. При этом все галактики двигаются на сверхскоростях.
Астроном Эдвин Хаббл в 1962 году провел логическую классификацию галактик Вселенной с учетом их формы. Сейчас галактики разделяются на 4 основные группы: эллиптические, спиральные, галактики с баром (перемычкой) и неправильные.
Какая самая большая галактика в нашей Вселенной?
Наиболее крупной галактикой во Вселенной является линзовидная галактика сверхгиганских размеров, находящаяся в скоплении Abell 2029.
Они представляют собой галактики, которые по своей форме напоминают плоский спиралевидный диск с ярким центром (ядром). Млечный Путь – типичная спиральная галактика. Спиральные галактики принято называть с буквы S, они разделяются на 4 подгруппы: Sa, Sо, Sc и Sb. Галактики, относящиеся к группе Sо, отличаются светлыми ядрами, которые не имеют спиральных рукавов. Что касается галактик Sа, то они отличаются плотными спиральными рукавами, плотно обмотанными вокруг центрального ядра. Рукава галактик Sc и Sb редко окружают ядро.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Галактики с баром (перемычкой) похожи на спиральные галактики, но все же имеют одно отличие. В таких галактиках спирали начинаются не от ядра, а от перемычек. Около 1/3 всех галактик входят в эту категорию. Их принято обозначать буквами SB. В свою очередь, они разделяются на 3 подгруппы Sbc, SBb, SBa. Разница между этими тремя группами определяется формой и длиной перемычек, откуда, собственно, и начинаются рукава спиралей.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Форма галактик может варьироваться от идеально круглой до вытянутого овала. Их отличительной чертой является отсутствие центрального яркого ядра. Они обозначаются буквой Е и разделяются на 6 подгрупп (по форме). Такие формы обознаются от Е0 до Е7. Первые имеют почти круглую форму, тогда как Е7 характеризуются чрезвычайно вытянутой формой.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Они не имеют какой-либо выраженной структуры или формы. Неправильные галактики принято разделять на 2 класса: IO и Im. Наиболее распространенным является Im класс галактик (он имеет только незначительный намек на структуру). В некоторых случаях прослеживаются спиральные остатки. IO относится к классу галактик, хаотических по форме. Малые и Большие Магеллановы Облака – яркий пример Im класса.
|
|
|
Таблица характеристик основных видов галактик
| Эллиптическая галактика | Спиральная галактика | Неправильная галактика | |
| Сфероидальный компонент | Галактика целиком | Есть | Очень слаб |
| Звёздный диск | Нет или слабо выражен | Основной компонент | Основной компонент |
| Газопылевой диск | Нет | Есть | Есть |
| Спиральные ветви | Нет или только вблизи ядра | Есть | Нет |
| Активные ядра | Встречаются | Встречаются | нет |
| Процент от общего числа галактик | 20% | 55% | 5% |
Не так давно астрономы начали работать над совместным проектом для выявления расположения галактик во всей Вселенной. Их задача – получить более детальную картину общей структуры и формы Вселенной в больших масштабах. К сожалению, масштабы Вселенной сложно оценить для понимания многими людьми. Взять хотя бы нашу галактику, состоящую более чем из ста миллиардов звезд. Во Вселенной существуют еще миллиарды галактик. Обнаружены дальние галактики, но мы видим их свет таким, который был практически 9 млрд лет назад (нас разделяет такое большое расстояние).
Астрономам стало известно, что большинство галактик относятся к определенной группе (ее стали называть «кластер»). Млечный путь – часть кластера, который, в свою очередь, состоит из сорока известных галактик. Как правило, большинство таких кластеров представлены частью еще большей группировки, которую называют сверхскоплениями.
Наш кластер – часть сверхскопления, которое принято называть скоплением Девы. Такой массивный кластер состоит больше чем из 2 тыс. галактик. В то время, когда астрономы создали карту расположения данных галактик, сверхскопления начали принимать конкретную форму. Большие сверхскопления собрались вокруг того, что представляется как бы гигантскими пузырями или пустотами. Что это за структура, никто еще не знает. Мы не понимаем, что может находиться внутри этих пустот. По предположению, они могут быть заполнены определенным типом неизвестной ученым темной материи или же иметь внутри пустое пространство. Перед тем как мы узнаем природу таких пустот, пройдет много времени.
Эдвин Хаббл является основоположником галактических исследований. Он первый, кому удалось определить, как можно вычислить точное расстояние до галактики. В своих исследованиях он опирался на метод пульсирующих звезд, которые более известны как цефеиды. Ученый смог заметить связь между периодом, который нужен для завершения одной пульсации яркости, и той энергией, которую выделяет звезда. Результаты его исследований стали серьезным прорывом в области галактических исследований. Помимо этого, он обнаружил, что есть корреляция между красным спектром, излучаемым галактикой, и расстоянием до нее (постоянная Хаббла).
В наше время астрономы могут измерять расстояние и скорости галактики посредством измерения количества красного смещения в спектре. Известно, что все галактики Вселенной движутся друг от друга. Чем дальше галактика находится от Земли, тем больше ее скорость движения.
Чтобы визуализировать данную теорию, достаточно представить себя за рулем авто, который двигается на скорости 50 км в час. Перед Вами едет авто быстрее на 50 км в час, что говорит о том, что скорость его передвижения составляет 100 км в час. Перед ним есть еще одно авто, которое движется быстрее еще на 50 км в час. Несмотря на то что скорость всех 3 машин будет разной на 50 км в час, первый автомобиль на самом деле движется от Вас на 100 км в час быстрее. Поскольку красный спектр говорит о скорости движения галактики от нас, получается следующее: чем больше красное смещение, тем, соответственно, галактика быстрее движется и тем большее ее расстояние от нас.
Сейчас мы располагаем новыми инструментами, помогающими ученым в поисках новых галактик. Благодаря космическому телескопу Хаббла ученым удалось увидеть то, о чем раньше оставалось только мечтать. Высокая мощность этого телескопа обеспечивает хорошую видимость даже мелких деталей в ближних галактиках и позволяет изучать более дальние, которые никому еще не были известны. В настоящее время новые инструменты наблюдения космоса находятся в стадии разработки, а в скором будущем они помогут получить более глубокое понимание структуры Вселенной.
Астрономы в последнее время запустили совместный проект по выявлению расположения всех галактик во Вселенной. Ученые надеются получить более наглядную картину ее структуры в большом масштабе. Размер Вселенной тяжело оценить человеческому мышлению и пониманию. Одна только наша галактика – это соединение сотней миллиардов звезд. А таких галактик насчитываются миллиарды. Мы можем видеть свет от обнаруженных дальних галактик, но не подразумевать даже того, что смотрим в прошлое, ведь световой луч доходит до нас за десятки миллиардов лет, настолько великое расстояние нас разделяет.
Астрономы также привязывают большинство галактик к определенным группам, которые называют кластерами. Наш Млечный путь относится к кластеру, который состоит из 40 разведанных галактик. Такие кластеры объединяют в большие группировки, называющиеся сверхскоплениями. Кластер с нашей галактикой входит в сверхскопление Девы. В составе этого гигантского кластера находится более 2 тысяч галактик. После того как ученые начали рисовать карту размещения данных галактик, сверхскопления получили определенные формы. Большинство галактических сверхскоплений окружали гигантские пустоты. Никто не знает, что может быть внутри этих пустот: космическое пространство наподобие межпланетного или же новая форма материи. Понадобится много времени, чтобы раскрыть эту загадку.
Взаимодействие галактик
Не менее интересным для взора ученых представляется вопрос о взаимодействии галактик как компонентов космических систем. Не секрет, что космические объекты находятся в постоянном движении. Галактики не исключение из этого правила. Некоторые из видов галактик могли бы стать причиной столкновения или слияния двух космических систем. Если вникнуть, какими представляются данные космические объекты, более понятными становятся масштабные изменения как результат их взаимодействия. Во время столкновения двух космических систем выплескивается гигантское количество энергии. Встреча двух галактик на просторах Вселенной – даже более вероятное событие, чем столкновение двух звезд. Не всегда столкновение галактик заканчивается взрывом. Небольшая космическая система может свободно пройти мимо своего более крупного аналога, изменив только незначительно его структуру.
Таким образом, происходит образование формирований, схожих внешним видом на вытянутые коридоры. В их составе выделяются звезды и газовые зоны, часто формируются новые светила. Бывают случаи, что галактики не ударяются, а только слегка соприкасаются друг с другом. Однако даже такое взаимодействие запускает цепочку необратимых процессов, которые приводят к огромным изменениям в структуре обеих галактик.
Какое будущее ожидает нашу галактику?
Как предполагают ученые, не исключено, что в далеком будущем Млечный путь сумеет поглотить крохотную по космическим размерам систему-спутник, которая расположена от нас на расстоянии 50 световых лет. Исследования показывают, что этот спутник имеет продолжительный жизненный потенциал, но при столкновении с гигантским соседом, вероятнее всего, закончит отдельное существование. Также астрономы предрекают столкновение Млечного пути и Туманности Андромеды. Галактики движутся друг другу навстречу со скоростью света. До вероятного столкновения ждать примерно три миллиарда земных лет. Однако будет ли оно на самом деле сейчас – тяжело рассуждать из-за нехватки данных о движении обеих космических систем.
Описание галактик на Kvant . Space
Портал сайт перенесет Вас в мир интересного и увлекательного космоса. Вы узнаете природу построения Вселенной, ознакомитесь со структурой известных больших галактик, их составляющими. Читая статьи о нашей галактике, нам становятся более понятными некоторые из явлений, которые можно наблюдать в ночном небе.
Все галактики от Земли находятся на огромном расстоянии. Невооруженным глазом можно увидеть только три галактики: Большое и малое Магеллановы облака и Туманность Андромеды. Все галактики сосчитать нереально. Ученые предполагают, что их количество составляет около 100 миллиардов. Пространственное расположение галактик неравномерно – одна область может содержать огромное их количество, во второй вовсе не будет ни одной даже маленькой галактики. Отделить изображение галактик от отдельных звезд астрономам не удавалось до начала 90-х годов. В это время насчитывалось около 30 галактик с отдельными звездами. Всех их причисляли к Местной группе. В 1990 году состоялось величественное событие в развитии астрономии как науки – на орбиту Земли был запущен телескоп Хаббла. Именно эта техника, а также новые наземные 10-метровые телескопы дали возможность увидеть значительно большее число разрешенных галактик.
На сегодняшний день «астрономические умы» мира ломают голову о роли темной материи в построении галактик, которая проявляет себя лишь в гравитационном взаимодействии. Например, в некоторых больших галактиках она составляет около 90% общей массы, в то время как карликовые галактики могут вовсе ее не содержать.
Ученые считают, что возникновение галактик – это естественный этап эволюции Вселенной, который проходил под воздействием сил гравитации. Приблизительно 14 млрд. лет тому назад началось формирование протоскоплений в первичном веществе. Далее, под воздействием различных динамических процессов состоялось выделение галактических групп. Изобилие форм галактик объясняется разнообразием начальных условий в их формировании.
На сжатие галактики уходит около 3 млрд. лет. За данный период времени газовое облако превращается в звездную систему. Образование звезд происходит под воздействием гравитационного сжатия газовых облаков. После достижения в центре облака определенной температуры и плотности, достаточной для начала термоядерных реакций, образуется новая звезда. Массивные звезды образованы из термоядерных химических элементов, по массе превосходящих гелий. Данные элементы создают первичную гелиево-водородную среду. Во время грандиозных взрывов сверхновых звезд образуются элементы, тяжелее железа. Из этого следует, что галактика состоит из двух поколений звезд. Первое поколение – это наиболее старые звезды, состоящие из гелия, водорода и очень небольшого количества тяжелых элементов. Звезды второго поколения обладают более заметной примесью тяжелых элементов, поскольку они формируются из первичного газа, обогащенного тяжелыми элементами.
В современной астрономии галактикам как космическим структурам отводится отдельное место. В деталях изучаются виды галактик, особенности их взаимодействия, сходства и отличия, делается прогноз их будущего. Эта область содержит еще много непонятного, того, что требует дополнительного изучения. Современная наука решила много вопросов относительно видов построения галактик, но осталось также много белых пятен, связанных с образованием этих космических систем. Современные темпы модернизации исследовательской техники, разработка новых методологий исследования космических тел дают надежды на значительный прорыв в будущем. Так или иначе, галактики всегда будут в центре научных исследований. И основано это не только на человеческом любопытстве. Получив данные о закономерностях развития космических систем, мы сможем спрогнозировать будущее нашей галактики под названием Млечный путь.
Самые интересные новости, научные, авторские статьи об изучении галактик Вам предоставит портал сайт. Здесь Вы сможете найти захватывающие видео, качественные снимки со спутников и телескопов, которые не оставляют равнодушными. Погружайтесь в мир неизведанного космоса вместе с нами!
