В 1784 году наблюдатель комет Мессье составил каталог туманных объектов, видимых в телескопы того времени. Этот каталог был небольшим, и включал только 108 наиболее ярких таких объектов. В 1888 году Дрейер опубликовал значительно больший по объему данных каталог (NewGeneralCatalogue, сокращенно NGC), включавший 7840 туманных объектов. Объекты, входящие в любой известный каталог, обозначаются буквами названия каталога, и номером объекта в каталоге, например, Туманность Андромеды, входящая в каталог Мессье, обозначается М31, а шаровое звездное скопление ω Центавра, входящее в каталог Дрейера, обозначается NGC5139.
При дальнейшем изучении объектов, приведенных в каталоге Мессье, в более сильные телескопы выяснилось, что 29 из них являются рассеянными скоплениями, и 29 – шаровыми скоплениями. Еще 11 объектов оказались действительно газовыми и газо-пылевыми (диффузными) туманностями, входящими в состав нашей Галактики. Природа остальных 39 объектов из каталога Мессье, имеющих спиралевидную или эллиптическую форму, долгое время оставалась невыясненной. Лишь в 1917 году Ричи и Кертис, обнаружили в спиральном объекте NGC224 (М31) появляющиеся и через несколько дней исчезающие яркие точки. Астрономы правильно предположили, что это новые звезды, наблюдающиеся в моменты максимума их блеска. У всех известных новых звезд нашей Галактики в момент максимума блеска абсолютная звездная величина М приблизительно равна -7m. Если предположить, что она такая же, как и у новых звезд в NGC224, то, измерив видимую звездную величину mэтих звезд, можно найти расстояние до них r. Наблюдаемые mоказались равны приблизительно +16m,3. Это дает расстояние около 400 000 пс, что в 15 раз больше диаметра Галактики. Значит, NGC224– внегалактический объект.
Рис.28/1. Туманность Андромеды (M31, NGC224).
По соотношению видимой звездной величины Туманности Андромеды и оцененного до нее расстояния можно вычислить абсолютную звездную величину, а также светимость объекта. Получается, что NGC224имеет светимость, равную приблизительно 8 миллиардам солнечной. Поскольку мы можем наблюдать далеко не все звезды, входящие в состав нашей Галактики, то можно предположить, что Туманность Андромеды должна содержать примерно столько же звезд, сколько и Млечный Путь, то есть, около 100 миллиардов.
В 1924 – 1926 годах Хаббл, при помощи 2,5-метрового телескопа, при большой экспозиции получил фотографии NGC224, на которых ее спиральные ветви вышли в виде множества слабых светящихся точек – звезд. Как говорят астрономы, туманность была разрешена на звезды. То же самое удалось сделать и для нескольких других туманных объектов. Таким образом, стало ясно, что эти объекты являются звездными системами наподобие нашей Галактики.
Началась новая эпоха в астрономии. Оказалось, что множество туманных объектов, наблюдаемые почти во всех уголках неба – это разнообразные, отличающиеся друг от друга формой, размерами и населенностью звездные системы. Самые слабые из них, еще наблюдаемые в современные телескопы, находятся на расстоянии сотен миллионов парсек. Объем наблюдаемой человечеством Вселенной возрос в тысячи миллиардов раз.
Одной из первых задач, вставшей перед Хабблом, стало построение классификации галактик. Хаббл выбрал самый простой метод классификации – по внешнему виду, и, хотя впоследствии были предложены другие принципы классификации, первоначальная система, введенная Хабблом, по-прежнему остается основой классификации галактик.
Хаббл предложил разбить все галактики на три основных вида:
1)эллиптические (обозначаемые E, elliptical)
2)спиральные (обозначаемые S, spiral)
3)неправильные (обозначаемые I, irregular).
Рис.28/2. Классификация галактик по Хабблу.
Эллиптические галактики имеют вид гладких эллипсов или кругов с постепенным уменьшением яркости от центра к периферии. Эти галактики состоят из второго типа звездного населения – они построены из звезд красных и желтых гигантов, красных и желтых карликов и некоторого количества белых звезд не очень высокой светимости. В них нет белых и бело-голубых гигантов, отсутствует пылевая материя. Поэтому внешне эллиптические галактики отличаются друг от друга большей или меньшей степенью сжатия.Хаббл предложил считать степенью сжатия величину отношения разности большой и малой полуосей к большой полуоси (умноженному на 10 для удобства), что можно легко вычислить по имеющимся фотографиям галактики. Если галактика видна в форме круга, то сжатие у нее равно нулю. Если у галактики большая полуось вдвое больше малой, то сжатие равно 5. Если малая полуось много меньше большой, то сжатие будет равно 10. Как выяснилось в результате наблюдений, сильно сжатых эллиптических галактик нет – показатели сжатия 8, 9 и 10 не встречаются вообще. Наиболее сильно сжатые галактики – это Е7.
Рис.28/3. а)NGC4636 типаE0
б)NGC4406 типа E3
в)NGC3115типа E7
Мы наблюдаем галактику в виде эллипса, но ведь галактика – не плоская фигура, а объемное тело. Совпадает ли действительная форма с той, которую мы наблюдаем? Поскольку мы наблюдаем не единственную эллиптическую галактику, а большое количество, естественно предположить, что они обращены к нам разными сторонами. Но в природе известно единственное тело, которое при проекции на плоскость любой своей стороной дает эллипс – это эллипсоид. В механике также доказано, что всякое вращающееся жидкое тело, находящееся под действием только собственных сил притяжения, в равновесном состоянии принимает форму эллипсоида. Это означает, что галактики вращаются, и показатель сжатия тем выше, чем больше скорость вращения и чем меньше плотность системы. Но в таком случае возникает вопрос, не является ли различное наблюдаемое сжатие эллиптических галактик следствием их различной ориентации по отношению к лучу зрения? Если допустить, что все направления осей вращения галактик равновероятны, то на этот вопрос можно дать ответ. Оказалось, что среди эллиптических галактик, входящих в скопления галактик, преобладают показатели истинного сжатия 4,5,6,7 и почти нет слабо сжатых и сферических. А среди эллиптических галактик вне скоплений наоборот, подавляющее большинство со слабым сжатием, или сферические – 1 и 0. Это различие не ограничивается формой – оказалось, что эллиптические галактики в скоплениях – это гигантские галактики, а вне скоплений – карликовые.
Рис.28/4.NGC4486 типа Е0 – самая массивная из известных галактик.
Внешний вид эллиптических галактик говорит о статичности, стационарности.
Спиральные галактики являются, может быть, самыми живописными наблюдаемыми объектами. Внешний вид их, в противовес эллиптическим, говорит о динамичности. Их ветви, выходящие из центрального ядра, указывают на мощное, стремительное движение, имеют большое разнообразие формы рисунка. Несмотря на это разнообразие, Хаббл уловил возможность разбить спиральные галактики на подклассы. Мерой классификации служила степень развития ветвей и размер ядра галактики.
Sa – ветви развиты слабо, или только намечаются, ядра большие, и составляют около полвины наблюдаемого размера всей галактики;
Sb – спиральные ветви заметно развиты, но не имеют богатых разветвлений, ядра меньше, чем у предыдущего подкласса;
Sc – ветви сильно развиты, разделяются на несколько рукавов, ядро маленькое.
Рис.28/5.NGC 3898типаSa. Рис.28/6.NGC 488типаSb.
Рис.28/7.NGC 1232типа Sc.
Все спиральные галактики, изображенные на рисунках, наблюдаются в плане. Как же выглядят спиральные галактики, наблюдаемые с ребра?Различима ли в них спиральная структура и насколько в них можно видеть величину ядра?
Рис.28/8.NGC 4594 типа Sa . («Сомбреро»). Рис.28/9.NGC5465 типа Sb.
Рис.28/10.NGC 4244 типа Sc.
У всех трех спиральных галактик, видимых с ребра, наблюдается темная полоса, как бы разделяющая галактику на две части ( у NGC 4244она выражена слабо). Эти темные полосы являются свидетельством общности наблюдаемых с ребра спиральных галактик и нашей звездной системы. Ведь в Млечном Пути около плоскости симметрии сосредоточена темная пылевая материя. Внегалактический наблюдатель, рассматривая нашу Галактику с ребра, должен точно так же видеть темную полосу, разделяющую ее на две части. Это означает, что в спиральных галактиках, как в Млечном Пути, имеется темная пылевая материя, так же сосредоточенная около плоскости симметрии.
Если вычислить показатель сжатия наблюдаемых с ребра спиральных галактик, то его значения получаются всегда больше 7. У спиралей Sa он близок к 8, у Sb - от 8,5 до 9, а у Sc – больше 9. В то же время, как говорилось выше, у эллиптических галактик этот показатель не бывает больше 7.
Это очень важный наблюдательный факт. Он показывает, что в слабо сжатых системах спиральная структура не может появиться. Однако, уверенно доказано, что сильно сжатая система в ходе эволюции не может стать слабо сжатой. Невозможен и противоположный переход. Значит, эллиптические галактики не могут стать спиральными, и наоборот. В таком случае, эти два типа галактик не представляют собой различные стадии общего эволюционного процесса, а являются примером разных эволюционных путей, вызванных различным сжатием системы в начале ее существования. Степень сжатия, как было показано выше, обусловлена разной скоростью вращения систем. Таким образом, можно думать, что эволюционный путь галактики определяется той скоростью вращения, которую она получила в момент ее формирования. Если принять эту точку зрения, нужно ответить и на вопрос о том, почему в эллиптических галактиках отсутствует темная пылевая материя, а в спиральных она имеется. Ответ может быть таким. В сильно сжатых системах областью низких значений потенциальной энергии является вся плоскость симметрии, и именно сюда оседает диффузная материя, наблюдаемая нами как темная полоса вдоль оси симметрии. В слабо сжатых системах областью низких значений потенциальной энергии является крайне ограниченная по размерам центральная область, куда и оседают частицы газа и пыли. Можно думать, что диффузная материя в эллиптических галактиках, скапливаясь в очень малой центральной области, образует там малое по размерам плотное облако, которое недоступно нам для наблюдений.
Неправильные галактики не имеют правильной формы и не обнаруживают никаких закономерностей структуры.
Почему у одних галактик форма правильная, а у других – неправильная? Если в момент своего формирования галактика имела неправильную форму, то по истечении определенного времени в результате движений звезд в общем силовом поле и их перемешивания форма галактики станет симметричной, правильной. Время, необходимое для принятия правильной формы, зависит от средней плотности материи в системе. Чем плотнее система, тем быстрее идет процесс принятия ею правильной формы. Оценка примерной плотности материи в нашей Галактике (10-24 г/см3) дает примерное время порядка 1 миллиарда лет, что много меньше времени существования Галактики, потому она уже и успела принять оформленное строение. Исходя из вышесказанного, становится понятно, что может быть две причины того, что некоторая система (галактика) не имеет для наблюдателя правильной формы.
1)низкая плотность материи в системе, или недостаточное время существования, чтобы галактика приняла правильную форму
2)искажение бывшей правильной формы вследствие столкновения с другой галактикой.
По-видимому, оба эти случая встречаются в мире галактик, и именно это обусловило их разделение на два подтипа, выделенные еще Хабблом.
1)подтип II(первый подтип) характеризуется сравнительно высокой поверхностной яркостью и плотностью неправильной структуры. Французский астроном Вокулер обнаружил некоторые признаки разрушенной спиральной структуры в Магеллановых облаках – двух ближайших к Млечному Пути неправильных галактиках, наблюдаемых в Южном полушарии. Кроме того, Вокулер заметил, что галактики этого подтипа очень часто встречаются парами. Вероятнее всего, эти галактики когда-то были правильными, но в результате взаимодействия с другой, находящейся (или находившейся) близко галактикой форма исказилась, а если имелась спиральная структура, она разрушилась. Парное существование таких галактик подтверждает мнение Вокулера. Существование одиночных галактик такого типа не противоречит этой гипотезе, его легко объяснить достаточно большим временем, прошедшим с момента столкновения, так что галактики успели разойтись на большое расстояние, но для того, чтобы снова принять правильную форму, времени еще прошло недостаточно.
2)подтип III(второй подтип) характеризуется очень низкой поверхностной яркостью. Эта черта выделяет их из галактик всех других типов. В то же время именно это их свойство препятствует уверенному обнаружению галактик такого подтипа путем оптических наблюдений, возможности сделать пригодные для изучения фотографии. Если при обычных для галактик линейных размерах поверхностная яркость галактики очень низка, это означает крайне малую плотность материи. Поэтому и переход к правильной форме должен в таких системах длиться намного дольше.
Рис.28/11. слева – Большое Магелланово Облако, справа – Малое Магелланово Облако.
Рис.28/12. слева – NGC 5204 подтипа II, справа – система в Скульпторе подтипа III.
Итак, вращающееся жидкое тело под действием внутренних сил в равновесном состоянии принимает форму эллипсоида. При определенных соотношениях между плотностью вещества и угловой скоростью вращения эллипсоид может стать вытянутым, напоминающим сигару или даже иглу. Оказалось, что среди наблюдаемых галактик есть подтверждения этому. Прежде всего, это явление перемычки (bar) в некоторых спиральных галактиках, а также иглообразные галактики. Перемычка в некоторых случая составляет большую часть спиральной галактики, ветви которой еще мало развиты.Для обозначения спиральной галактики с перемычкой используют букву b, например Sba.
Рис.28/13. Спиральные галактики с перемычкой. Слева NGC1300, справа –NGC1365.
Рис.28/14 Сигарообразная галактика NGC2685 с кольцевой структурой и внутренним телом.
Так же, как и звезды, галактики различаются по размерам, светимости и массе.
Только три галактики можно наблюдать невооруженным глазом благодаря их высокой светимости – Туманность Андромеды (М31, NGC224 ), Большое и Малое Магеллановы Облака. Большое и Малое Магеллановы Облака находятся на южном небе. Впервые их описал участник кругосветной экспедиции Магеллана, Антонио Пигафетта, который обратил внимание, что даже днем в небе видны два неподвижных сияющих облака. Туманность Андромеды видна как туманное пятнышко в созвездии Андромеды в ясную безлунную ночь. Уже следующая по светимости галактика – Туманность Треугольника – должна наблюдаться в бинокль.
Рис.28/15. Галактика М33 – Туманность Треугольника.
Важным вопросом является скорость движения галактик. Существует две компоненты скорости – вдоль луча зрения и поперек луча зрения. Скорость галактики вдоль луча зрения – лучевая скорость – измеряется по смещению линий в ее спектре, и показывает, а том числе, направление движения галактики – приближается ли она к нам, или удаляется. Но полной картины движения галактик мы, к сожалению, не можем себе представить, потому что для нас остается совершенно неизвестной вторая составляющая – скорость движения галактик поперек луча зрения. Можно, например, подсчитать, что если у ближайшей к нам галактики – Большого Магелланова Облака – скорость поперек луча зрения составляла бы 100 км/сек, то на расстоянии 46 кпс она должна была бы вызвать видимое смещение в 0”,0005 в год. Эта величина совершенно неуловима для современных средств наблюдений и исследований.
Как уже было сказано, Большое и Малое Магеллановы облака, скорее всего, являются галактиками-спутниками Млечного Пути. Радиоисследования выявили, что Млечный Путь и Большое Магелланово Облако связаны друг с другом водородным мостом, а оба Магеллановых Облака погружены в общую водородную оболочку. Поэтому можно сказать, что это – тройная система, тройная галактика. Если внимательно посмотреть на фотографию Туманности Андромеды (рис. 28/1), то можно увидеть яркое овальное пятнышко у нижней ее границы. Это карликовая галактика-спутник. Наличие спутников, мостов материи встречается в мире галактик достаточно часто.
Рис.28/17. Галактика NGC5194 в Гончих Псах, и ее спутник, NGC5195.
Мы видим, что все известные нам космические объекты вращаются – Солнце, планеты, включая и Землю, и их спутники. Вращаются ли галактики? Если рассмотреть физические законы, то невращающаяся звездная система по истечении некоторого времени должна приобрести форму шара. Такой вывод подтверждается на примере шаровых звездных скоплений, которые на вращаются. Если же звездная система сплюснута, сжата, то это означает, что она вращается. Следовательно, должны вращаться все спиральные галактики. Должны вращаться и эллиптические галактики, за исключением тех из них, которые шарообразны. Вращение происходит вокруг оси, которая перпендикулярна к главной плоскости симметрии. Галактика сжата вдоль оси своего вращения. Как обнаружить вращение галактик? Впервые вращение галактик обнаружил американский астроном Слайфер, по наклону линий спектра. Изучение этого вопроса показало, что ядро галактики вращается как твердое тело, а это значит, что плотность материи в ядре должна быть весьма высока. Измерение скорости вращения разных галактик показало, что периоды обращения галактических ядер увеличиваются от 2,8 миллиона лет до 400 миллионов лет.
Рис.28/18. Галактика NGC411, тип S0, с наименьшим известным периодом обращения ядра (2,8 млн. лет)
Если присмотреться к рисунку, то видна разница между NGC411 и эллиптическими галактиками – четко видна граница между ослепительно ярким ядром и окружающим его гало. Однако, признаков спиральной структуры не наблюдается. Тем не менее, такой тип галактик выделили в отдельный тип S0.
Рис.28/19. Галактика NGC4559типа Sc, с наибольшим известным периодом обращения ядра (400 млн. лет).
Американские астрономы супруги Бербиджи произвели измерения скоростей движения разных точек галактики NGC5055, построив график зависимости скоростей от расстояния до центра галактики.
Рис.28/20. Кривая скоростей галактики NGC5055.
Мы видим, что ядро галактики действительно вращается, как твердое тело, поскольку график имеет вид прямой. Но по мере удаления от ядра, кривая отклоняется от прямой. Это означает, что угловая скорость вращения начинает убывать по мере удаления от ядра. Загибание верхнего и нижнего концов кривой может говорить о том, что на определенном, достаточно большом расстоянии от центра галактики, постепенно будет приближаться к нулю.
Следующим важным вопросом стал вопрос о направлении вращения галактик – концами спиральных ветвей вперед, или наоборот, назад? Для решения этого вопроса были применены различные методы исследований и проведено большое количество расчетов.
Для решения этой задачи необходимо было выбрать объект, удовлетворяющий следующим условиям:
1)угол наклона к плоскости зрения от 150 до 300;
2)наличие определяемых спиральных ветвей;
3)наличие достаточного видимого количества темной материи;
4)разрешение спиральных ветвей на отчетливо видимые звездные сгустки.
Рис.28/21. Галактика NGC7331, на примере которой была решена проблема направления вращения спиральных ветвей.
В настоящее время подтверждается гипотеза о закручивании галактик – галактики вращаются концами спиральных ветвей назад.
cyberpedia.su
344
Мир галактик столь же разнообразен, как и мир звезд. Долгое время туманные пятнышки, наблюдаемые в телескопы, считали туманностями, относящимися к Галактике (воспринимаемой как вся Вселенная). Это — огромные вращающиеся системы звезд, разнообразные по внешнему виду и физическим характеристикам, размером 1 — 100 кпк. В них находится от 107 до 1012 звезд. Небольшие галактики часто являются спутниками больших галактик. Невооруженным глазом можно увидеть ближайшие к нам галактики — Магеллановы Облака (в Южном полушарии) и туманность Андромеды (в Северном полушарии), они входят в Местную группу галактик (рис. 9.10). Остальные галактики видны только в телескоп как пятнышки. Классификация галактик в каталогах — М с номером. Так, М31 — туманность Андромеды. В каталоге, составленном в СССР в 60-е гг. XX в., более 30 000 галактик.Вид галактики на фотобумаге несколько отличен от ее вида на негативе и зависит от того, в каких лучах был снят. Коллектив Астрономического института при Московском университете во главе с Б.А.Воронцовым-Вельяминовым составил «Морфологический каталог галактик» (MGC) из 30 000 галактик ярче 17-й звездной величины и атлас взаимодействующих галактик. Оказалось, что некоторые галактики отличаются мощным радиоизлучением, которое больше оптического. Их назвали радиогалактиками (например, Лебедь А). Позднее стало ясно, что галактики не покоятся относительно расширяющегося неде-формируемого фона, а имеют собственные движения, изучение которых позволит определить протяженность неоднородностей в распределении массы, а эти неоднородности очень велики и отражают сложные процессы начала расширения.
Деление галактик на спиральные, эллиптические и неправильные, основанное на внешнем виде, было введено в 1925 г. американским астрономом Э.Хабблом, изучившим более тысячи галактик (рис. 9.11). Его классификация отражает и существенные физические различия между галактиками.
Спиральные галактики состоят из двух подсистем — дисковой и сферической. Сферическая часть напоминает эллиптическую галактику, дисковая — сжата и содержит много межзвездной пыли, газа и молодых звезд. Более молодые и яркие звезды сгруппированы в спиральные рукава. Оказалось, что почти половина галактик имеют спиральную форму. В центре таких галактик — красивое и яркое ядро, большое и тесное скопление звезд. Из ядра выходят закручивающиеся вокруг него ветви, состоящие из молодых звезд и облаков нейтрального газа. Таковы галактики Млечный Путь и туманность Андромеды. Эллиптические галактики несколько похожи на них, но с меньшими рукавами. Среди наиболее ярких галактик они составляют 25 %; считают, что они состоят из более старых звезд (возраста Солнца или старее), так как имеют красноватый оттенок. Они почти не содержат межзвездного газа, и там не формируются новые звезды. Вращение в них происходит с небольшими скоростями (менее 100 км/с), а равновесие поддерживается за счет хаотических передвижений звезд по радиально вытянутым орбитам. Такую галактику наблюдают в созвездии Девы, она имеет почти шаровидную форму и весьма активна. В ядре эллиптической радиогалактики Кентавра А удалось обнаружить на расстоянии в 106 св. лет отдельные детали размером в 100 св. лет, отражающие бурную активность. Неправильные галактики имеют небольшую массу и размер, в них много межзвездного газа. Заметны как очаги звездообразования какие-то клочки. Примером таких галактик являются наиболее близкие к Земле две небольшие галактики Магелланова Облака, которые даже называют спутниками Млечного Пути. До Большого Облака около 200 тыс. св. лет, до Малого — всего 170 тыс. св. лет. В Большом Облаке в 1987 г.
345
Рис. 9.11. Галактики:
а — спиральная галактика NGC 6814, похожая на Млечный Путь; б — схема
спиральных рукавов Галактики по радионаблюдениям нейтрального водорода;
в — схема классификации галактик (по Э. Хабблу)
наблюдалась вспышка Сверхновой звезды, а при помощи обсерватории «Квант» орбитального комплекса «Мир» в 1999 г. было зарегистрировано жесткое рентгеновское излучение. Наблюдения с помощью «Кванта» и другого российского рентгеновского телескопа «Гранат» позволили подтвердить гипотезу о том, что в центре нашей Галактики — черная дыра, масса которой в миллионы раз больше солнечной.
Отдельные звезды в галактиках стали различать только в 30-е гг. В 1923 г. Хаббл с помощью 2,5-метрового рефлектора открыл в спиральной туманности созвездия Андромеды несколько перемен-
346
ных звезд (т.е. с меняющимся блеском) и цефеиду. По периоду колебаний блеска цефеиды он определил ее звездную величину и расстояние до нее — 900 тыс. св. лет. Туманность М31 находится вне нашей Галактики. Поправка на поглощение излучения межзвездным газом увеличила это расстояние до 2,2 млн св. лет, что превышает более чем в 20 раз размеры нашей Галактики. Хаббл подсчитал число галактик до 20-й звездной величины на 1283 участках неба. Он нашел, что на один квадратный градус на небесной сфере приходится в среднем 130 галактик. Небесная сфера содержит 41 253 квадратных градуса, поэтому общее число галактик до 20-й звездной величины составляет 5,4 млн (звезды до 20-й величины можно наблюдать в 2,5-метровый телескоп Хаббла).
Галактики распределены почти равномерно по всем направлениям, хотя образуют скопления и группы. Тесным является скопление из 40 тысяч галактик в созвездии Волосы Вероники (Северное полушарие), находящееся на расстоянии около 400 млн св. лет и занимающее почти 12°. Иногда группы столь тесные, что галактики как бы проникают друг в друга. Так, в нашу Галактику частично заходит галактика Малое Магелланово Облако. Радиусы больших скоплений (около тысячи галактик) составляют до 1 — 4 Мпк или даже 10 Мпк. Такое скопление наблюдается в созвездии Девы, находящемся на расстоянии 15 Мпк от нас — оно и есть центр Местного сверхскопления галактик, куда входит и Местная группа галактик. Размеры таких скоплений растут в связи с общим расширением Вселенной.
Лучевые скорости галактик первым определил Слайфер (1912), используя эффект Доплера. К 1925 г. он измерил скорости 41 галактики, из них 36 удалялись от нас со скоростями до 1000 км/с, и лишь несколько приближались. Хаббл измерил расстояния до галактик по цефеидам и ярким звездам и установил (1929), что скорости «разбегания» галактик растут пропорционально расстоянию до них. Закон Хаббла: V= Hr, где H— постоянная, получившая название постоянной Хаббла (см. рис. 3.8).
Сначала Хаббл считал, что Н = 500 км/(с • Мпк). В настоящее время H считают от 50 до 100 км/(с Мпк). С помощью красного смещения Хаббла оценивали расстояние до галактик и до края видимой Вселенной — Метагалактики. Поскольку увеличение красного смещения сопровождается уменьшением яркости галактики, то заключили, что закон V= Hr действительно отражает расширение Метагалактики. При Н = 50 кмДс-Мпк) и =0,3 получается = 19,6 () млрд св. лет.
Существование дискретного источника радиоизлучения в созвездии Лебедя впервые доказали в 1946 г. Дж.Хей, С.Парсонс и Дж.Филлипс (Англия). Впоследствии радиоисточники стали обозначать латинскими буквами после названия созвездия по мере убывания интенсивности по алфавиту. К 1950 г. был составлен каталог из 50 радиоисточников, а через
347
5 лет — уже из 1936. Некоторые оказались ложными, некоторые отождествлялись с другими галактиками, часть из них принадлежала нашей Галактике (в ряде случаев это были остатки вспышек Сверхновых), хотя первоначально источник Телец А отождествляли с Крабовидной туманностью. Излучение некоторых оказалось тепловым, причем спиральные и неправильные галактики имели слабое радиоизлучение, светимостьэллиптических галактик в дециметровом диапазоне превышала его в сотни раз. В 100 раз ярче были эллиптические галактики с протяженной оболочкой. Источник Лебедь А имел нетепловой характер излучения, распределение его по частотам отличалось от закона Рэлея—Джинса. Сравнение оптического (в 5-метровый телескоп это была слабая, как бы сдвоенная, звездочка 18-й величины) и радиочастотного изображений показало, что мощность излучения в радиодиапазоне не только в полтора раза выше, но и больше в миллион раз, чем у обычной галактики. При этом мощное радиоизлучение идет от областей, отстоящих от самой галактики на 10 тыс. св. лет по обе стороны. Спектры излучения содержали сильные эмиссионные линии, которые могли образоваться в результате столкновения облаков газа, и в связи с этим решили, что имело место весьма редкое явление — столкновение двух галактик.
Механизм нетеплового радиоизлучения — синхротронный, его вызывают электроны высоких энергий, входящие в состав космических лучей, которые при движении в сильных магнитных полях генерируют радиоволны разных частот. Это излучение сильно поляризовано. Значит, оно порождено тормозным излучением и есть выделенное направление в распределении магнитных полей. По измеренной интенсивности излучения находят плотности энергии заряженных частиц и напряженности магнитных полей. Так, выяснили, что протяженные компоненты радиоизлучения — это намагниченные облака разреженного газа, насыщенные космическими лучами.
Развитие техники радиоинтерферометрии повысило разрешающую способность радиотелескопов и позволило выяснить, что двойная структура источников — типичное явление. Из 500 радиогалактик 75 % — двойные, а остальные представляют собой малую яркую область, окруженную оболочкой. Ближайшая радиогалактикаNGC5128 находится в созвездии Центавра и удалена от нас всего на 5 Мпк. На фотографиях видна широкая темная полоса поглощающей свет пылевой материи. Этот источник, как и источник Лебедь А, состоит из двух компонент, расположенных за пределами оптической области. В самом центре выделяется мощный почти точечный источник радиоизлучения. Подобные ситуации стали наблюдать при сравнении картин неба в разных диапазонах длин волн. Такова галактика М 82 в созвездии Большой Медведицы. Около 3 млн лет назад из нее было выброшено вещество объемом в 6 млн солнечных масс, и часть его получила скорости, близкие к световым, т.е. произошел взрыв с выбросом энергии в 1065Дж, эквивалентный одновременной вспышке 10 млн Сверхновых. Для взрыва объекта Лебедь А выброс энергии оценивается в 10 тысяч раз больше. Такие огромные значения энергии, превышающие в несколько раз гравитационную энер-
348
гию связи всех звезд в радиогалактике, имеют своим источником область галактического ядра, где генерируются релятивистские электроны.
Активные спиральные галактики с развитыми ядрами открыты американским астрономом К. Сейфертом (1943). Он описал 12 таких галактик (галактики Сейферта). Диаметры ядер около 10 пк, а почти 1/3 занимают излучающие области. В их спектрах много эмиссионных линий водорода, гелия и тяжелых элементов, а в спектрах обычных галактик больше линий поглощения. Известно около ста таких объектов; мощность их меняется со временем, т.е. там происходят какие-то грандиозные процессы. В 1963 г. советский астроном Б. Е. Маркарян вьщелил 600 галактик с повышенной долей излучения в ультрафиолетовой области (галактики Маркаряна). В них много звезд — горячих гигантов. Ядра этих галактик, как и галактик Сейферта, очень активны.
Амбарцумян связывал их активность со взрывами в их ядрах. По его теории (1955), ядра активных галактик могут содержать также массы дозвездного вещества с неизвестными пока свойствами и источниками энергии. И. С. Шкловский считал, что ядра галактик — единые сильно намагниченные вращающиеся плазменные тела. Слои этих тел вращаются с разными скоростями, и магнитная энергия периодически скачкообразно превращается в энергию ускоренных заряженных частиц, вследствие чего и происходит выбрасывание струй в направлении вращения. Сам он пишет так: «Возможно, что в центральных областях галактик реализуется какая-то гигантская, циклически работающая машина. После взрыва плазменного тела туда постепенно натекает газ из окружающей среды, что приводит к образованию нового плазменного тела. Все же многое, может быть, самое важное, остается загадочным и непонятным». Стало привычным отождествлять радиоисточники либо с туманностями, либо с галактиками. По оценкам, ожидали незначительные потоки радиоизлучения от самых близких звезд, но источники давали намного большие потоки.
В 1963 г. голландский астрофизик М.Шмидт исследовал спектр достаточно яркой звезды 13-й величины, отождествленной с радиоисточником ЗС 273. Линии водорода были смещены на огромную величину, соответствующую скорости 42 000 км/с, а по закону Хаббла расстояние до источника должно быть около 600 Мпк, или 2 млрд св. лет. Две другие линии совпадали с линиями дважды ионизованного кислорода и ионизованного магния. Затем нашли источник с красным смещением линий, т.е. он удалялся от нас. Если это смещение связано с эффектом Доплера, то первый источник ЗС 273 приближался со скоростью света, равной 48 000 км/с, а второй — удалялся со скоростью света 0,8 с = 240000 км/с. При этом обнаружили, что рядом находится очень много объектов, которые движутся вместе, т. е. это далекие галактики. Тогда откуда
349
А
такая яркость? Астрономы А.С.Шаров и Ю.Н.Ефремов изучили старые фотографии этого объекта и оказалось, что объект сильно изменил свой блеск. Выходило, что галактика, состоящая из триллионов звезд, организует звезды, чтобы они синхронно меняли свой блеск?! Значит, излучали не звезды, а нечто иное, мощность которого соответствовала мощности ядер сейфертовских галактик. Зная расстояние до них и видимую звездную величину, можно подсчитать светимость — она фантастически большая: 1053 Дж/с. Эти космические объекты нового типа получили название квазизвезд, или квазаров.
Квазаров сейчас известно уже около тысячи. Внешне похожие на звезду, они излучали в сотни раз больше энергии, чем наша Галактика с ее почти 200 млрд звезд. Квазары занесены в каталоги, имеется статистика их свойств. Похоже, что в раннюю эпоху Вселенной квазаров было больше. Почти все они излучают и в рентгеновском диапазоне, и тоже переменно. Переменность потоков мощного излучения свидетельствует о том, что квазары должны быть невелики — около 1013 м. Они распределены почти равномерно по направлениям, но находятся на разных расстояниях. Свет от ближайшего к нам квазара идет 1 млрд лет, а от самого удаленного — 12 млрд лет, значит, мы видим их такими, какими они были от 1 до 12 млрд лет назад, тем самым прослеживая время образования этих необычных объектов до образования Солнечной системы.
Спектр квазаров по распределению энергии соответствует синхро-тронному излучению: много излучают в ультрафиолете и мощное инфракрасное излучение в широкой полосе около 70 мкм. Излучение в рентгеновском диапазоне велико: для квазара ЗС 273, например, оно по мощности в 50 раз больше в радиодиапазоне и вдвое превышает оптическое. За время жизни (порядка 106—107 лет) квазар излучает около 1067 Дж. Для обоснования источника такой огромной энергии предложено много вариантов, но пока ни один не может быть принят. Если это аннигиляция, то из связи энергии с массой такая энергия эквивалентна потере 5 млн солнечных масс (Л/с), но известно, что состояние звезд с массой 100 МC неустойчиво (притяжение верхних слоев не уравновешивается ростом давления с глубиной). Термоядерный источник в 140 раз менее эффективен аннигиляционного. Может, равновесие поддерживается быстрым вращением массивной звезды вокруг оси, магнитными полями и вихревыми движениями в оболочке. В квазарах почти нет легких элементов. Считают, что они произошли от огромного взрыва в прошлом. Если это — образование типа «сверхзвезды», то равновесие в них поддерживается быстрым вращением вокруг оси, магнитными полями и вихревыми движениями в оболочке. Может быть, квазары похожи и на N-галактики с меньшей светимостью.
«Первичным источником энергии квазаров и активных ядер галактик должна быть энергия гравитационного взаимодействия центрального, компактного тела и падающей на него плазмы», — считал Шкловский. На снимках видны выбросы сгустков горячей
350
плазмы, движущиеся с огромной скоростью (0,27 с, как у объекта SS 433) в противоположных направлениях от уплощенного газового диска, который образуется вокруг компактного объекта, возможно, нейтронной звезды.
После открытия квазаров, связанного с отождествлением спектров слабых источников в разных диапазонах, такие исследования продолжались. Астрофизик А. Сендидж заинтересовался голубыми звездами, излучающими в ультрафиолете, но не зарегистрированными в радиодиапазоне. Эти объекты удалялись от нас с большими скоростями. Их сначала назвали «контрабандистами», а затем квазагами.
Черные дыры должны быть в ядрах гигантских эллиптических галактик, они появились в центре галактик в процессе эволюции. Так считают многие исследователи вслед за Зельдовичем и Новиковым. Черные дыры могут возникать разными способами, и их «питание» осуществляется за счет падения вещества — аккреции (от лат. accretio — приращение). Так современная всеволновая (от радио- до гамма-диапазона длин волн) астрономия начинает подступать к изучению источников энергии Вселенной, но нестационарность мира галактик твердо установлена. В 2000 г. было сообщено об открытии трех гигантских черных дыр (в 50—100 раз массивнее Солнца) в созвездиях Овен и Дева. Одна расположена на расстоянии в 25 млн св. лет, а две другие удалены примерно на 100 млн св. лет. До этого были известны всего 20 черных дыр, которые массивнее Солнца в несколько раз. Саму черную дыру нельзя видеть, но был получен снимок «действия» черной дыры в галактике Кентавр А — она заглатывала шлейф горячего газа.
studfiles.net
Классификация галактик
История «открытия» мира галактик весьма поучительна. Больше двухсот лет назад Гершель построил первую модель Галактики, преуменьшив ее размеры в пятнадцать раз. Изучая многочисленные туманности, разнообразие форм которых он первый и обнаружил, Гершель пришел к выводу, что некоторые из них являются далекими звездными системами «типа нашей звездной системы». Он писал: «Я не считаю необходимым повторять, что небеса состоят из участков, у которых солнца собраны в системы». И еще: «...эти туманности также могут быть названы млечными путями - с малой буквы в отличие от нашей системы».
Однако, в конце концов, сам Гершель занял в отношении природы туманностей другую позицию. И это было не случайностью. Ведь ему удалось доказать, что большинство открытых и наблюдавшихся им туманностей состоят не из звезд, а из газа. Он пришел к весьма пессимистическому выводу: «Все, что за пределами нашей собственной системы, покрыто мраком неизвестности».
Английский астроном Агнесса Кларк писала в книге «Система звезд» в 1890 году: «Можно с уверенностью сказать, что ни один компетентный ученый, располагающий всеми имеющимися доказательствами, не станет придерживаться мнения, что хотя бы одна туманность является звездной системой, сравнимой по размерам с Млечным Путем. Практически установлено, что все объекты, наблюдаемые на небе (как звезды, так и туманности), принадлежат к одному огромному агрегату»...
Причина такой точки зрения была в том, что долгое время астрономы не умели определять расстояния до этих звездных систем. Так, из проведенных в 1907 году измерений будто бы следовало, что расстояние до «Туманности Андромеды» не превышает 19 световых лет. Четыре года спустя астрономы пришли к выводу, что это расстояние составляет около 1600 световых лет. И в том, и в другом случае создавалось впечатление, что упомянутая туманность и в самом деле находится в нашей Галактике.
В двадцатые годы прошлого века между астрономами Шепли и Куртисом разгорелся ожесточенный спор о природе Галактики и других объектов, видимых с помощью телескопов. В числе этих объектов находится знаменитая туманность Андромеды (М31), которая видна невооруженным глазом всего лишь как звезда четвертой величины, но разворачивается в величественную спираль, если разглядывать ее в большой телескоп. К этому времени в некоторых из этих туманностей были зарегистрированы вспышки новых звезд. Кертис предположил, что в максимуме блеска упомянутые звезды излучают столько же энергии, что и новые звезды нашей Галактики. Так, он установил, что расстояние до Туманности Андромеды равно 500 000 световых лет. Это и дало Кертису основание утверждать, что спиральные туманности - это далекие звездные вселенные, подобные Млечному Пути. С таким выводом Шепли не соглашался, и его рассуждения также были вполне логичными.
Согласно Шепли, вся Вселенная состоит из одной нашей Галактики, а спиральные туманности типа М31 представляют собой более мелкие объекты, рассыпанные внутри этой Галактики, как изюм в куличе.
Предположим, говорил он, что Туманность Андромеды имеет такие же размеры, как и наша Галактика (300 000 световых лет по его оценке). Тогда, зная ее угловые размеры, находим, что расстояние до данной туманности составляет 10 миллионов световых лет! Но тогда непонятно, почему наблюдавшиеся в Туманности Андромеды новые звезды имеют большую яркость, чем в нашей Галактике. Если же яркость новых в этой «туманности» и в нашей Галактике одинакова, то отсюда следует, что Туманность Андромеды в 20 раз меньше нашей Галактики.
Куртис, напротив, считал, что М31 представляет собой самостоятельную галактику-остров, не уступающую в достоинстве нашей Галактике и отдаленную от нее на несколько сотен тысяч световых лет. Создание больших телескопов и прогресс астрофизики привели к признанию правоты Куртиса. Измерения, проделанные Шепли, оказались ошибочными. Он очень сильно недооценил расстояние до М31. Куртис, впрочем, также ошибался: теперь известно, что расстояние до М31 - более двух миллионов световых лет.
Природу спиральных туманностей окончательно удалось установить Эдвину Хабблу, который в конце 1923 года обнаружил в Туманности Андромеды первую, а вскоре еще несколько цефеид. Оценив их видимые величины и периоды, Хаббл нашел, что расстояние до этой «туманности» составляет 900 000 световых лет. Так окончательно была установлена принадлежность спиральных «туманностей» к миру звездных систем типа нашей Галактики.
Если же говорить о расстояниях до этих объектов, то их еще предстояло уточнять и пересматривать. Так, на самом деле расстояние до галактики М31 в Андромеде равно 2,3 миллиона световых лет.
Мир галактик оказался удивительно огромным. Но еще большее удивление вызывает многообразие его форм.
Первую и довольно удачную классификацию галактик по их внешнему виду предпринял уже Хаббл в 1925 году. Он предложил относить галактики к одному из следующих трех типов: 1) эллиптические (обозначаемые буквой Е), 2) спиральные (S) и 3) неправильные (Ir).
К эллиптическим были отнесены те галактики, которые имеют вид правильных кругов или эллипсов и яркость которых плавно уменьшается от центра к периферии. Эту группу подразделяют на восемь подтипов от ЕО до Е7 по мере увеличения видимого сжатия галактики. Линзовидные галактики SO похожи на сильно сплюснутые эллиптические системы, однако имеют четко выделенное центральное звездообразное ядро.
Спиральные галактики, в зависимости от степени развития спиралей, подразделяются на подклассы Sa, Sb и Sc. У галактик типа Sа основной составной частью является ядро, тогда как спирали выражены еще слабо. Переход к последующему подклассу - констатация факта все большего развития спиралей и уменьшения видимых размеров ядра.
Параллельно нормальным спиральным галактикам существуют еще так называемые пересеченные спиральные системы (SB). У галактик этого типа очень яркое центральное ядро пересекается по диаметру поперечной полосой. Из концов этой перемычки и начинаются спиральные ветви, причем в зависимости от степени развития спиралей эти галактики делятся на подтипы SBa, SBb и SBc.
К неправильным галактикам (Ir) отнесены объекты, у которых отсутствует четко выраженное ядро и не обнаружена вращательная симметрия. Их типичными представителями являются Магеллановы Облака.
«Я использовал ее 30 лет, - писал впоследствии известный астроном Вальтер Бааде, - и хотя упорно искал объекты, которые нельзя было бы действительно уложить в хаббловскую систему, их число оказалось столь ничтожным, что я могу пересчитать их по пальцам». Классификация Хаббла продолжает служить науке, и все последующие модификации существа ее не затронули.
Некоторое время полагали, что эта классификация имеет эволюционный смысл, т. е. что галактики «передвигаются» вдоль «камертонной диаграммы» Хаббла, последовательно меняя свою форму. Сейчас этот взгляд считается ошибочным.
Среди нескольких тысяч ярчайших галактик насчитывается 17 процентов эллиптических, 80 процентов спиральных и около 3 процентов неправильных.
В 1957 году советский астроном Б.А. Воронцов-Вельяминов открыл существование «взаимодействующих галактик» - галактик, связанных «перемычками», «хвостами», а также «гамма-форм», т. е. галактик, у которых одна спираль «закручивается», тогда как другая «раскручивается». Позже были открыты компактные галактики, размеры которых составляют всего около 3000 световых лет, и изолированные в пространстве звездные системы с поперечником всего 200 световых лет. По своему внешнему виду они практически не отличаются от звезд нашей Галактики.
Новый общий каталог (НОС) содержит перечень около десяти тысяч галактик вместе с их важнейшими характеристиками (светимость, форма, отдаленность и т. д.) - и это лишь малая толика из десяти миллиардов галактик, в принципе различимых с Земли. Сказочный гигант, способный охватить взглядом сотню-другую миллионов световых лет, разглядывая Вселенную, увидел бы, что она заполнена космическим туманом, капельками которого являются галактики. Временами встречаются скопления, состоящие из тысяч галактик, собранных вместе. Одно такое гигантское скопление находится в созвездии Девы.
Понравилась статья? Расскажи друзьям!
| Следующая > |
megaznanie.ru
Хотя суммарная масса спиральных рукавов в сотни раз меньше массы «сферической составляющей» соответствующей галактики, они резко выделяются из-за присутствия значительного количества молодых массивных звезд высокой светимости. Эти звезды непрерывно образуются из облаков межзвездной газово-пылевой среды, концентрирующейся к плоскости, в которой лежат спиральные рукава. Заметим, что у Е-галактик содержание межзвездного газа в сотни и тысячи раз меньше, чем у S-галактик. Поэтому процесс звездообразования в Е-галактиках практически давно уже прекратился.
На рисунке приведена одна из морфологических классификаций галактик – так называемый камертон Хаббла. Гипотетический тип получил в этой схеме символ S0; он был сначала предсказан, а затем найден. В галактиках этого типа (их около 20% от общего числа встречающихся вблизи нашей Галактики), в отличие от эллиптических систем, яркость от центра к краю падает ступеньками.
Наконец, неправильные галактики характеризуются своей нерегулярной формой и сравнительно малой массой. По меткому замечанию американского астронома В. Бааде, этот тип явился «мусорной корзиной» для галактик, не поддающихся классификации.
Кстати, по своей массе (определяемой количество находящихся в них звезд) галактики различаются в весьма широких пределах. Наша Галактика с ее массой в 1011 солнечных масс принадлежит к числу гигантов. Туманность Андромеды (М31) имеет приблизительно в три раза большую массу. Пожалуй, самой большой из известных масс обладает знаменитая галактика М87, находящаяся в центральной части скопления галактик в созвездии Девы. По-видимому, масса этой галактики в сотню раз превышает массу нашей Галактики. На другом полюсе находятся карликовые галактики, массы которых ~ 107 солнечной, что только в несколько десятков раз больше массы шаровых скоплений
Наряду с массой важнейшей характеристикой является мера ее осевого вращения – вращательный момент, рассчитанный на единицу массы. Мера вращения у Е-галактик гораздо меньше, чем у S-галактик. Очень медленное вращение Е-галактик не может объяснить их наблюдаемую эллиптичность, т.е. сплюснутость, подобно, например, тому, как действием центробежной силы можно объяснить сплюснутость земного шара у полюсов. По-видимому, сплюснутость Е-галактик объясняется самим характером звездных движений в таких галактиках. Следует подчеркнуть, что различия между Е- и S-галактиками не являются эволюционным эффектом. Другими словами, галактики рождаются либо как S, либо как Е, и в процессе эволюции тип галактики сохраняется. Структура галактики определяется начальными условиями ее образования (например, характером вращения того сгустка газа, из которого она образовалась).
Резюмируя, мы можем сказать, что разные типы галактик происходят от протооблаков с разными плотностями и разным разбросом скоростей внутренних движений. В частности, Е-галактики образовались из более плотных облаков газа, находящегося в состоянии довольно быстрого беспорядочного движения. Этим, в частности, объясняется, почему «богатые», сравнительно плотные скопления галактик содержат преимущественно Е-галактики, в то время как в «бедных» разреженных скоплениях наблюдаются преимущественно S-галактики. Возраст галактик (во всяком случае, их подавляющего большинства) практически равен возрасту Вселенной. Это означает, что галактики образовались тогда, когда Вселенная была совсем еще юной.
Богатство форм звёздных систем может быть объяснено разнообразием условий, в каких они рождались в раннюю эпоху существования Вселенной. По современным взглядам, на ранней стадии развития Вселенная была заполнена разреженным газом (модель горячей вселенной), который распался затем из-за гравитационной неустойчивости на сгущения, а сгущения в последующем – на отдельные облака различной массы. Одни из облаков имели вращательный момент и центральное сгущение, из них впоследствии образовались спиральные галактики, а другие практически не вращались, они положили начало эллиптическим галактикам, облака же без значительного центрального сгущения, но всё же обладавшие вращательным моментом, дали начало неправильным галактикам типа Магеллановых Облаков.
Газовые облака-протогалактики, состоявшие из первичного вещества (водорода и гелия), в свою очередь, распадались на отдельные сгущения, сжимавшиеся к своим центрам. Скорости этих сгущений были большими (до 250 км/с), располагались они хаотично. Из них возникли звёзды 1-го поколения и шаровые звёздные скопления. Они образовали сферические звёздные подсистемы в галактиках. Рой быстрых звёзд и шаровых скоплений, существующий вокруг главного тела нашей современной Галактики, имеет, по-видимому, именно такую природу. После того как в галактиках образовались звёзды, дальнейшее развитие в галактиках должно было пойти по разным направлениям в зависимости от того, массивна или нет галактика (в массивных эволюция идёт быстрее), и от того, как велик вращательный момент галактики. Галактики с большим вращательным моментом развились в тип Sc, со средним – в тип Sb, а с небольшим – в тип Sa.
В настоящее время в нашей Галактике различают несколько подсистем, отличающихся возрастом входящих в них объектов, количеством тяжёлых элементов, характером движения звёзд и распределением их в пространстве. Расположение подсистем как бы иллюстрирует историю эволюции Галактики: межзвездный газ постепенно сжимался, его пространственное распределение изменялось от сферического к плоскому. Рождавшиеся из него звёзды образовали соответственно сферическую и плоскую звёздные подсистемы Галактики. Сравнительно плотный газ сохранился только в плоской подсистеме, где он больше не сжимается: сжатию препятствует давление магнитного поля и космических лучей. Чем тоньше подсистема, тем меньше возраст составляющих её звёзд. Молодые звёзды образуются в плоской подсистеме и в настоящее время, поэтому только в плоской подсистеме встречаются горячие массивные звёзды, имеющие, как уже говорилось, довольно короткий «век». Но всё же не весь газ в галактической плоскости расходуется на образование звёзд. Оставшаяся часть газа сосредоточивается, главным образом, в спиральных рукавах.
Образование молодых звёзд идёт ещё в центральной области Галактики. К центру Галактики падает газ, не имеющий вращательного момента. Здесь рождаются звёзды 2-го поколения сферических подсистем, составляющие ядро Галактики. Но благоприятных условий для образования звёзд-сверхгигантов в ядре не имеется, так как газ распадается на небольшие сгустки. В тех же редких случаях, когда газ передаёт вращательный момент окружающей среде и сжимается в массивное тело массой в сотни и тысячи масс Солнца, этот процесс не завершается благополучно: сжатие газа не приводит к образованию устойчивой звезды, может произойти гравитационный коллапс, и возникнуть чёрная дыра. Коллапс сопровождается выбросом части вещества из области галактического ядра.
Чем массивнее спиральная галактика, тем сильнее тяготение сжимает спиральные рукава, поэтому у массивных галактик рукава тоньше, в них больше звёзд и меньше газа (больше образуется звёзд).
У эллиптических звёздных систем эволюционный путь должен быть проще. Вещество в них с самого начала не обладало значительными вращательным моментом и магнитным полем. Поэтому сжатие в процессе эволюции не привело такие системы к заметному вращению и усилению магнитного поля. Весь газ в этих системах с самого начала превратился в звёзды сферической подсистемы. В ходе последующей эволюции звёзды выбрасывали газ, который опускался к центру системы и шёл на образование звёзд нового поколения всё той же сферической подсистемы. Темп звездообразования в эллиптических галактиках должен быть равен скорости поступления газа из проэволюционировавших звёзд, в основном сверхновых звёзд, поскольку истечение вещества из звёзд в эллиптических галактиках незначительно. Из расчётов также следует, что центральные части эллиптических галактик из-за присутствия молодых звёзд должны быть голубее, чем периферийные области галактиках. Однако этого не наблюдается. Дело в том, что значительная часть образующегося газа в эллиптических галактиках выдувается горячим ветром, возникающим при вспышках сверхновых звёзд, а в скоплениях галактик ещё и довольно плотным горячим межгалактическим газом, обнаруженным в последнее время по его рентгеновскому излучению.
Эволюция галактик в скоплениях и группах обладает рядом особенностей. Расчёты показали, что при столкновениях галактик их протяжённые газовые короны должны «обдираться» и рассеиваться по всему объёму группы или скопления. Этот межгалактический газ удалось обнаружить по высокотемпературному рентгеновскому излучению, идущему от скоплений галактик. Кроме того, массивные члены скоплений, двигаясь среди остальных, создают «динамическое трение»: своим тяготением они увлекают соседние галактики, но, в свою очередь, испытывают торможение. По-видимому, так образовался Магелланов поток в Местной группе галактик. Иногда находящиеся в центре скопления массивные галактики не только «обдирают» газовые короны проходящих через них галактик, но и захватывают звёзды «посетителя». По существующим расчётам, через 3 млрд. лет «каннибалом» станет и наша Галактика: она поглотит приближающееся к ней Большое Магелланово Облако.
6.5. Наша галактика Млечный Путь
Наша Галактика – звездная система, в которую погружена Солнечная система, называется Млечный Путь. Млечный Путь – грандиозное скопление звезд, видимое на небе как светлая туманная полоса. На древнегреческом языке слово «глактикос» означает «молочный», «млечный», поэтому Млечный Путь и похожие на него звездные системы называют галактиками.
Образовалась она примерно 10 – 13 млрд. лет назад. Лучшее время для наблюдения Млечного Пути в средних широтах северного полушария Земли – безлунные ночи июля, августа, сентября.
В нашей Галактике – Млечном Пути – более 200 млрд. звезд самой разной светимости и цвета. Окрестности Солнца – это объем Галактики, в котором доступными современной астрономии средствами можно наблюдать и изучать звезды разных типов. Как показывает практика, это «шар», который содержит около 1,5 тысяч звезд. Радиус этого шара – 20 парсек. В настоящее время в окрестностях Солнца исследованы все или почти все звезды, за исключением совсем карликовых, излучающих очень мало света. В непосредственных окрестностях Солнца – шаре радиусом около 5 парсек – исследованы абсолютно все звезды. Их около 100. Большинство среди них (почти две трети) - это очень слабые красные карлики с массой в 3-10 раз меньше, чем у Солнца. Звезды, похожие на Солнце, очень редки, их всего 6%. Белых и желтоватых звезд массами от 1,5 до 2 солнечных вообще единицы. Более массивных звезд (астрономам известны звезды с массами примерно до 100 солнечных) в непосредственных окрестностях Солнца не найдено, что указывает на их большую редкость. Кроме живых звезд ученые обнаружили в этом объеме еще 7 белых карликов.
Слабый красный карлик Проксима (от лат. «ближайшая») – компонент тройной системы alpha–Центавра – сейчас считается ближайшей от Солнца звездой. Расстояние до Проксимы – 1,31 пк, свет от нее до нас идет 4, 2 года. Будущие исследования покажут, насколько Проксима достойна своего имени и нет ли звезд, конечно более слабых, которые еще ближе к Солнцу. Многие детали строения Млечного Пути скрыты от взгляда земного наблюдателя. Однако их изучают на примере других галактик, сходных с нашей, например, туманности Андромеды (как это сделал в 40-е годы XX века немецкий астроном Вальтер Бааде).
В итоге в структуре Галактики выделяют плоский линзообразный диск, погруженный в более разреженное звездное облако сферической формы – гало. В итоге Галактика имеет форму двояковыпуклой линзы, похожа на чечевичное зерно. Звезды галактического диска называются населением I типа, звезды гало населением II типа. Одной из самых интересных областей Галактики считается ее центр, или ядро, расположенное в направлении созвездия Стрельца. Видимое излучение центральных областей Галактики полностью скрыто от нас мощными слоями поглощающей материи. В самом центре Галактики предполагается существование массивного компактного объекта – черной дыры массой около миллиона масс Солнца. Одним из наиболее заметных образований в дисках галактик, подобных нашей, являются спиральные ветви (или рукава).
3-net.ru
Начав систематические исследования галактик Хаббл столкнулся с проблемой их классификации. Он предложил разделить все галактики на три группы по внешнему виду: эллиптические Е (elliptical), спиральные S (spiral) и неправильные I (irregular). В настоящее время система, введенная Хабблом является основой современной классификации галактик.
Эллиптические галактики.
Эллиптические галактики имеют форму гладких эллипсов или кругов с постепенным уменьшением яркости от центра к периферии. Они состоят из звезд красных и желтых гигантов, красных и желтых карликов и некоторого количества белых звезд не очень высокой светимости. Внешне эллиптические галактики отличаются в основном сжатием. Хаббл предложил показателем сжатия считать величину10 х (a - b)/a, где а и b - большая и малая полуоси эллиптической галактики. Хаббл предложил округлять показатель сжатия до целого числа и обозначать тип галактики буквой Е и показателем сжатия. Наименьший показатель сжатия - Е0 - имеют круглые галактики. Наиболее сжатые галактики имеют тип Е7. Круг или эллипс - это видимая форма эллиптических галактик. Их истинная форма представляет собой эллипсоид вращения. Истинное сжатие эллиптической галактики или больше видимого или равно ему. Полагая направление осей вращения эллиптических галактик равновероятным можно по распределению видимых сжатий эллиптических галактик найти распределение их истинных сжатий. Решение этой задачи показало, что среди эллиптических галактик, входящих в состав скоплений галактик, преобладают сильно сжатые галактики с показателем сжатия 4 и больше и почти нет слабо сжатых и сферических галактик. Среди эллиптических галактик вне скоплений, наоборот, подавляющее большинство - галактики с очень слабым сжатием или сферические, относящиеся к классам Е0 и Е1. Это различие не ограничено формой. Эллиптические галактики, входящие в состав скоплений галактик - это гигантские галактики, тогда как эллиптические галактики находящиеся вне скоплений - галактики-карлики.
Спиральные галактики.
Спиральные галактики - самые живописные объекты во Вселенной. Их ветви выходящие из ядра постепенно теряют очертания и постепенно сливаются с окружающим пространством. Обычно у спиральных галактик имеются две ветви, начинающиеся в противоположных точках ядра, развивающиеся симметрично и теряющиеся в противоположных областях периферии галактики. Несмотря на многообразие форм и рисунков спиральных ветвей Хаббл сумел разбить спиральные галактики на подклассы. Мерой служит степень развития ветвей и размер ядра галактики. Спиральные галактики со слабо развитыми спиралями и большим ядром, составляющим около половины наблюдаемого размера галактики обозначаются Sa. У галактик подкласса Sb спиральные ветви заметно развиты, но не имеют боковых разветвлений. Ядра меньше, чем у Sa. Примером галактики типа Sb является знаменитая туманность Андромеды (NGC 224, M 31). Галактики с сильно развитыми, разветвляющимися спиралями и малым в сравнении с ними ядром относятся к типу Sc. Коэффициент сжатия наблюдаемых с ребра спиральных галактик всегда больше 7. У галактик типа Sa он близок к 8, у Sb от 8,5 до 9, у Sc - больше 9, что говорит о том, что спиральная структура может появиться только у сильно сжатых систем. Доказано, что в ходе эволюции невозможно превращение эллиптических галактик в спиральные и наоборот. Эти два типа галактик являются примером разных эволюционных путей, обусловленных разным сжатием систем, которое зависит от разного количества вращения систем, полученного при формировании галактики.
Спиральные галактики с перемычкой.
Спиральные галактики с перемычкой (пересеченные спирали) отличаются от обычных спиральных галактик тем, что спиральные ветви этих галактик начинаются не от ядра галактики, а от концов перемычки, пересекающей галактическое ядро. Пересеченные спирали, как и обычные, по степени развития их ветвей делятся на три подкласса, обозначаемые SВa, SBb и SBc. Буква В указывает на наличие перемычки (от английского bar - перемычка, брусок. Причина появления перемычек у некоторых спиральных галактик до сих пор не ясна. Среди галактических систем наиболее зрелищными оказываются спирали с перемычками. Одна из красивейших - NGC 1365, самая большая спираль в южном созвездии Печи. В центре явно выраженной перемычки расположено ядро галактики, а окружают ее массы более холодных звезд, которые на цветных фотографиях выглядят желтыми. Сама перемычка тоже имеет желтоватый оттенок с отчетливыми прослойками пыли. Она резко обрывается, переходя в нежные изогнутые рукава, освещенные голубыми звездами и розовыми областями звездообразования, где эти звезды сформировались. Эта прекрасная галактика почти так же массивна, как наш Млечный Путь, представляющий собой довольно существенное образование.
Чечевицеобразные галактики.
В плотных скоплениях галактик встречаются галактики сильно сжатые и имеющие ядра, наподобие спиральных галактик, но в остальном схожих с эллиптическими галактиками. Эти галактики получили обозначение S0. Такие галактики иногда называют чечевицеобразными или линзообразными. Американские астрономы Спицер и Шварцшильд предложили гипотезу, согласно которой чечевицеобразные галактики образуются в результате выметания пылевой и газовой материи из спиральных рукавов. Это может происходить при столкновении двух галактик или при прохождении спиральной галактики вблизи центра скопления галактик. В пользу последнего предположения свидетельствует то, что галактики типа S0 многочисленны именно в богатых и плотных скоплениях галактик.
Неправильные галактики.
Кроме перечисленных выше типов галактик, для которых характерны симметричность формы и определенный внешний вид, существует большое количество галактик неправильной формы, без какой-либо характерной структуры, которые называются неправильными галактиками и обозначаются буквой I. Неправильная форма у галактики может быть в двух случаях: если это молодая галактика, которая еще не успела принять правильной формы; либо вследствие искажения формы в результате взаимодействия с другой галактикой. Вероятно в связи с тем, что реализуются оба эти случая связано деление неправильных галактик на два подтипа.Подтип I I характеризуется сравнительно высокой поверхностной яркостью и сложностью неправильной структуры. В галактиках этого подтипа можно обнаружить признаки разрушенной спиральной структуры, кроме того галактики подтипа I I часто встречаются парами. Примером неправильных галактик первого подтипа могут служить Большое и Малое Магеллановы Облака. Существование одиночных галактик такого типа объясняется тем, что галактики после встречи успели разойтись, но для того, чтобы снова принять правильную форму, им требуется длительное время. Неправильные галактики подтипа I II отличаются очень низкой поверхностной яркостью, что препятствует их обнаружению. Они отличаются отсутствием ярко выраженной структурности, но в отличие от эллиптических галактик имеют неправильную форму. При обычных линейных размерах очень маленькая поверхностная яркость свидетельствует об очень низкой звездной плотности и очень малой плотности материи вообще. Вероятно именно по этой причине эти рыхлые некомпактные системы до сих пор имеют неправильную форму.
Иглообразные галактики.
В 1956 году К. Ф. Огородников, рассмотрев вопрос о применимости теории фигур равновесия жидких тел к звездным системам, пришел к выводу о возможности существования галактик, имеющих форму вытянутого трехосного эллипсоида (сигарообразную форму). Некоторые из галактик, имеющих вытянутую форму, вероятно имеют сигарообразную форму, а не являются дисками видимыми с ребра. Для таких галактик характерно отсутствие галактического ядра. К. Ф. Огородников назвал такие галактики иглообразными.
xn--31-7lc.xn--p1ai
Разнообразие галактик
Галактики - это большие звездные системы, в которых звезды связаны друг с другом силами гравитации. Существуют галактики, включающие триллионы звезд. Наша Галактика - Млечный Путь - также достаточно велика: в ней более 200 млрд звезд. Самые маленькие галактики содержат звезд в миллион раз меньше и скорее напоминают находящиеся в Млечном Пути шаровые скопления, только значительно больше по размерам. Помимо обычных звезд галактики включают в себя межзвездный газ, пыль, а также различные "экзотические" объекты: белые карлики, нейтронные звезды, черные дыры. Газ в галактиках не только рассеян между звездами, но и образует громадные облака, яркие туманности вокруг горячих звезд, плотные и холодные газопылевые туманности. Большие звездные системы имеют массы в сотни миллиардов масс Солнца. Наименьшие из карликовых галактик "весят" всего лишь в 100 тыс. раз больше Солнца. Таким образом, интервал масс у галактик значительно шире, чему звезд: самые "тяжелые" и самые "легкие" звезды различаются по массе менее чем в 1000 раз.
Внешний вид и структура звездных систем весьма различны, и в соответствии с этим делятся на морфологические типы.
Ближайшими к нам и самыми яркими на небе галактиками являются Магелановы Облака. При исследовании неба с помощью современных телескопов обнаружено множество галактик, похожих на Магелановы Облака. Для них характерна неправильная, клочковатая форма. В таких галактиках содержится много газа - до 50% их общей массы. Этот тип называют неправильными галактиками и обозначают Ir (от англ. irregular - "неправильный").
Эллиптические галактики принято обозначать буквой E (от англ. elliptical - "эллиптический"), к которой добавляется цифра от 0 до 6, соответствующая степени уплощения системы (Е0 - "шаровые" галактики, Е6 - наиболее "сплюснутые"). Цвет у эллиптических галактик красноватый, так как состоят они 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.
Спиральные галактики на галактическом диске заметен спиральный узор из двух или более (до десяти) закрученных в одну сторону ветвей, или рукавов, выходящих из центра галактики. Диск погружен в разреженное слабосветящееся сфероидальное облако звезд - гало. Обозначают спиральные галактики буквой S. По степени структурности (развитости) спиральных ветвей и общей форме форме их подразделяют на типы, называемые хаббловскими типами - по имени американского астронома Эдвина Хаббла, предложившего классификацию галактик. Системы с гладкими, туго закрученными спиральными ветвями относят к типу Sa. В них центральная шарообразная часть (балдж) является яркой и протяженной, а рукава - нечеткие, размытые. Если же спирали более мощные и четкие, а центральная часть менее выделяется, то такие галактики принадлежат к типу Sb. Галактики с развитой клочковатой спиральной структурой, балдж которых слабо просматривается на общем фоне, относятся к типу Sc.
У некоторых спиральных систем в центральной части имеется почти прямая звездная перемычка - бар.
Leo A - карликовая неправильная галактика - одна из наиболее многочисленного типа галактик во Вселенной, которые, возможно, являются строительными блоками более массивных галактик.
NGC 205 - одна из представительниц семейства карликовых эллиптических галактик. NGC 205 является, одним из спутников Галактики Андромеды.
В этом случае к их обозначению после буквы S добавляется B (например SBc). Линзовидные галактики - это промежуточный тип между спиральными и эллиптическими. У них есть балдж, гало и диск, но нет спиральных рукавов. Такие галактики обозначают SO.
Встречаются среди галактик и карликовые, которые не вписываются в классификацию Хаббла. Жизненный путь этих звездных систем настолько своеобразен, что накладывает отпечаток и на свойства звезд внутри галактик, и на свойства галактик в целом. Открытие семейства карликовых галактик началось с 30-х гг. XX в. В те времена американский астроном Харлоу Шепли обнаружил два слабых, еле заметных скопления звезд в созвездиях Скульптора и Печи. Природа их оставалась неясной до тех пор, пока не были измерены расстояния до них. Слабые скопления звезд оказались внегалактическими объектами, самостоятельными карликовыми системами очень низкой плотности. Это вызвало интерес к слабым галактикам с низкой поверхностной яркостью, и через некоторое время было известно уже множество карликовых галактик. Карликовые галактики обозначают буквой d (от англ. dwarf - "карлик"). Их можно разделить на карликовые эллиптические dE, карликовые сфероидальные dSph (Sph - сокращение от англ. sphere - "шар"), карликовые неправильные dIr и карликовые голубые компактные галактики dBCG (здесь BCG - blue compact galaxies).
Карликовые dE отличаются от нормальных эллиптических галактик главным образом размерами и массой. Это фактически те же эллиптические галактики, только с меньшим числом звезд. Состоят они в основном из старых звезд небольшой массы, содержат очень мало газа и пыли. Карликовые сфероидальные галактики во многом похожи на карликовые эллиптические, но гораздо более разрежены. Они образованы старыми водородно-гелиевыми звездами с очень низким содержанием тяжелых химических элементов. Последнее обстоятельство накладывает отпечаток на физические свойства этих звезд: они более горячие, более голубые, и эволюция их протекает несколько иначе, чем у звезд с "солнечным" химическим составом.
Другие типы карликовых галактик - dIr и dBCG - это небольшие по размерам и массе бесформенные системы, очень богатые газом. Основное различие между ними заключается в том, что в dBCG часто наблюдается интенсивное звездообразование и рождается большое число голубых массивных звезд. Благодаря этому галактики выглядят более яркими, компактными и окрашенными в голубой цвет. Галактик с хорошо развитыми спиральными ветвями среди карликов не встречается. Скорее всего для образования спиралей нужен массивный звездный диск.
Существует также класс больших спиральных звездных систем, поверхностная яркость которых намного меньше, чем у нормальных. Необычным в них является низкая плотность звездного диска. Их называют анемичными или спиральными галактиками низкой яркости.
Подсистемы в галактике (балдж, диск, гало) гравитационно взаимодействуют друг с другом, составляя единое целое. До сих пор галактики "достраивают" себя изнутри, образуя звезды и звездные скопления. "Пищей" для этого служит газ. Эллиптические галактики уже давно израсходовали свой запас газа, и молодых звезд в них нет. В других галактиках, где газ еще остался, звезды продолжают рождаться. Возникают они большими группами - звездообразованием бывают охвачены огромные области размерами до нескольких тысяч световых лет. Наиболее массивные звезды, быстро пройдя свой жизненный путь, взрываются как сверхновые. Взрывы сверхновых вызывают мощные волны сжатия в окружающей межзвездной среде, а это в свою очередь стимулирует "эпидемию" звездообразования в соседних участках галактики.
"Общественное положение" галактики зависит от ее массы. Массивные, крупные окружены многочисленной свитой из галактик поменьше. Мелкие галактики при прохождении сквозь крупные подчас "платят дань", отдавая им частично или полностью свой строительный материал - газ. Если две галактики проходят достаточно близко друг от друга, то их гравитационные поля активно влияют на движение звезд и газа в этих системах. В результате внешний вид галактик может претерпеть заметные изменения.
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 (M 51 по каталогу Ш. 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 звезды. Выводы были противоречивы как в оценках расстояний до туманностей, так и в определении масштабов. все встало на свои места, когда в 20-х гг. в ближайших спиральных туманностях были обнаружены цефеиды, позволившие оценить расстояния до них. Еще в 1908 г. астроном Гарвардской обсерватории Генриетта Ливитт обнаружила зависимость между периодом изменения блеска переменных звезд класса цефеид и их светимостью. Это давало возможность по величине периода узнать светимость звезды, по светимости - расстояние до нее, а следовательно, и до той звездной системы, куда она входит. Этот метод позволил определить расстояние до туманности Андромеды в 900 тыс. световых лет. Такая оценка оказалась заниженной. Тем самым были получены последние доказательства того, что спиральные туманности - это огромные звездные системы,
Большая красивая спиральная галактика с перемычкой NGC 1300 находится на расстоянии около 70 миллионов световых лет в созвездии Эридан. Размер NGC 1300 - более 100 тысяч световых лет.
Спиральная галактика M66, показанная на рисунке, имеет размеры 100 тысяч световых лет и находится на расстоянии 35 миллионов световых лет от Солнца. Это самая большая галактика в триплете Льва.
сравнимые с нашей Галактикой. С тех пор их и стали называть галактиками.
Спиральные галактики плоские, дискообразной формы, что 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 вращается не как единое твердое тело (например, колесо): период обращения звезд 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 внесла отечественная наука. Вот как представляют себе природу спиральных ветвей галактик в наши дни. Все звезды, населяющие галактику, гравитационно взаимодействуют, в результате чего создается 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 звезд, так и межзвездного вещества - пыли и газа. Повышенная плотность газа ускоряет образование и последующее сжатие газовых облаков и тем самым стимулирует рождение новых звезд. 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 ее. У самых ярких и массивных звезд очень короткий срок жизни, они сгорают, не успев покинуть спиральную ветвь. Менее массивные звезды живут долго и доживают свой век в межспиральном пространстве диска. Маломассивные желтые и красные звезды, составляющие балдж (шарообразное "вздутие" в центре галактики), намного старше звезд, концентрирующихся в спиральных ветвях. Эти звезды родились еще 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.
Рассмотрим спиральные галактики на примере M 51, называемой Водоворотом. У этой галактике на конце одной из спиральных ветвей имеется небольшая галактика-спутник. Она обращается вокруг материнской галактики. Удалось построить компьютерную модель образования этой системы. Предполагается, что маленькая галактика, пролетая вблизи большой, привела к сильным гравитационным возмущениям ее диска. В результате в диске большой галактики создается волна плотности спиральной формы. Звезды, рождающиеся в спиральных ветвях, делают эти ветви яркими и четкими.
Балдж и диск галактики погружены в массивное гало. Некоторые исследователи предполагают, что основная масса гало заключена не в звездах, а в несветящемся (скрытом) веществе, состоящем либо из тел с массой, промежуточной между массами звезд и планет, либо из элементарных частиц, существование которых предсказывают теоретики, но которые еще предстоит открыть. Проблема природы этого вещества - скрытой массы - сейчас занимает умы многих ученых, и ее решение может дать ключ к природе вещества во Вселенной в целом.
Во всех галактиках, кроме самых небольших, выделяется яркая центральная часть, называемая ядром. В нормальных галактиках, таких, как наша, большая яркость ядра объясняется высокой концентрацией звезд. Но все же суммарное количество звезд ядра составляет лишь несколько процентов от их общего числа в галактике.
Встречаются галактики, у которых ядра особенно яркие. Причем в этих ядрах помимо звезд наблюдается яркий звездоподобный источник в центре и светящийся газ, движущийся с огромными скоростями - тысячи км в секунду. Галактики с активными ядрами были открыты американским астрономом Карлом Сейфертом в 1943 г. и впоследствии получили название сейфертовских галактик. Сейчас известны тысячи подобных объектов. Сейфертовские галактики (или просто сейферты) относятся к гигантским
Активная галактика Центавр А, в центре клубится смесь молодых голубых звездных скоплений, гигантских светящихся газовых облаков и вкрапленные темные пылевые прожилки.
Художественное изображение струй вокруг массив-ной черной дыры с акреционным диском. Струи - джеты вещества.
спиральным звездным системам. Среди них повышена доля пересеченных спиралей, т.е. галактик с баром (SB). Сейферты чаще, чем обычные галактики, образуют пары или группы, но избегают крупных скоплений. Сейферт обнаружил 12 галактик с активными ядрами, но в течение 15 лет их практически не изучали. В 1958 г. советский астрофизик Виктор Амазаспович Амбарцумян привлек внимание астрономии.
Формы проявления активности ядер неодинаковы в различных галактиках. Это может быть очень большая мощность излучения в оптической, рентгеновской или инфракрасной области спектра, причем заметно меняющаяся за несколько лет, месяцев или даже дней. В некоторых случаях наблюдается очень быстрое движение газа в ядре - со скоростями тысячи км в секунду. Иногда газ образует длинные прямолинейные выбросы. В некоторых галактиках ядра являются источниками высокоэнергетичных элементарных частиц. Эти потоки частиц нередко навсегда покидают галактику в виде радиовыбросов, или радиоджетов. Активные ядра любого типа характеризуются очень большой светимостью во всем диапазоне электромагнитного спектра. Мощность излучения сейфертовских галактик иногда достигает 1035 Вт, что ненамного уступает светимости всей нашей галактики. Но эта огромная энергия выделяется в области диаметром около 1 пк - меньше, чем расстояние от Солнца до ближайшей звезды! Мощность излучения света (оптическая светимость) значительно ниже. Основная часть энергии излучается обычно в инфракрасном диапазоне.
Что же служит источником энергии для столь бурной активности? Что за "реактор", занимающий менее 1 пк, вырабатывает столько энергии? Окончательного ответа пока не знает никто, но в результате длительной работы теоретиков и наблюдателей разработано несколько наиболее вероятных моделей. Первой была выдвинута гипотеза, что в центре галактики находится плотное массивное скопление молодых звезд. В таком скоплении часто должны происходить взрывы сверхновых. Эти взрывы могут объяснить и наблюдаемые выбросы вещества из ядер, и переменность излучения. Вторая модель была предложена в конце 60-х гг. отчасти по аналогии с тогда только открытыми пульсарами. Согласно этой версии, источником активности ядра служит сверхмассивный звездоподобный объект с мощным магнитным полем - так называемый магнетоид. Третья модель связана с таким загадочным объектом, как черная дыра. Предполагается наличие черной дыры массой в десятки или сотни миллионов масс Солнца в центре галактики. В результате аккрекции (падения) вещества на черную дыру выделяется огромное количество энергии. При падении в гравитационном поле черной дыры вещество разгоняется до скоростей, близких к скорости света. Затем при столкновении газовых масс вблизи черной дыры энергия движения преобразуется в излучение электромагнитных волн.
Спектральные наблюдения на Хаббловском космическом телескопе и крупных наземных телескопах подтвердили наличие больших масс несветящегося вещества в ядрах целого ряда галактик. Это хорошо согласуется с предположением, что причиной активности ядер являются массивные черные дыры. Черные дыры массой более миллиона масс Солнца могут иметься у значительной части галактик. Есть наблюдательные свидетельства существования черных дыр в ядрах нашей Галактики и туманности Андромеды. Но поскольку их масса сравнительно невелика, активность ядер слабая.
В середине XX столетия крупные телескопы позволили астрономам исследовать положения и формы десятков тысяч слабых галактик. Обращало на себя внимание, что часть галактик (5-10%) имеет весьма странный, искаженный вид, так что их иногда трудно отнести к какому-то морфологическому типу. Некоторые из них выглядят сильно ассиметричными, словно помятыми. Иногда две галактики окружены общим светящимся звездным туманом либо связаны звездной или газовой перемычкой. А в отдельных случаях от галактик отходят длинные хвосты, протянувшиеся на сотни тысяч световых лет в межгалактическое пространство. Некоторые системы отличаются характером внутренних движений межзвёздного газа, которые не сводятся к простому обращению вещества вокруг центра. Такие некруговые движения не могут продолжаться долго, они должны затухать за один-два оборота диска. 3начит, они возникли сравнительно недавно. Быть может, мы наблюдаем молодые, ещё не д0 конца сформировавшиеся галактики? Нет, анализ звёздного состава показал, что они такие же старые, Как и большинство других.
Чаще всего эти необычные звёздные системы являются членами пар или тесных групп, И это говорит о том, что все перечисленные особенности - результат влияния галактик друг на друга. Известный советский астроном Борис Александрович Воронцов-Вельяминов, первым начавший исследование таких объектов, дал им название "взаимодействующие галактики". Он описал и занес в каталоги тысячи взаимодействующих систем, в том числе редчайшие по своей структуре и форме
Исследования объекта Arp 230 показали, что выглядящая одиноко эта спиральная галактика, на самом деле, является результатом недавнего столкновения двух спиральных галактик.
Центавр A по-видимому является продуктом столкновения двух галактик , обломки которого продолжают заглатываться черной дырой.
галактики, необычный внешний вид которых до сих пор озадачивает астрономов. Статистические исследования привели к выводу, что большинство взаимодействующих галактик - это не случайно встретившиеся странники во Вселенной, а родственники, связанные Общим происхождением. В cвоем движении они то сближаются, то удаляются друг от друга. Гравитационные поля близких звездных систем создают приливные силы, достаточные для того, чтобы исказить форму галактик ИЛИ изменить их внутреннюю структуру. Теоретически описать этот процесс довольно сложно. Очень большую роль в его исследовании сыграло построение компьютерных моделей. Те процессы, которые в природе занимают сотни миллионов лет, на экране монитора разворачиваются буквально у нас на глазах. При сближении звездных систем искажается их форма, возникают мощные спиральные ветви, рождаются перемычки между галактиками. Позднее, когда галактики начинают удаляться друг от друга, из одной или обеих выбрасываются длинные хвосты из газа и звезд. При сильном взаимодействии необратимо меняются размеры, форма и даже морфологический тип галактик.
Характер взаимодействия зависит от многих факторов. Например, от того, обладает ли галактика звездным диском, много ли в ней межзвездного газа, на какое расстояние подходит к ней соседняя галактика, в каком направлении и с какой скоростью она движется, как ориентирована ее орбита. Поэтому формы взаимодействующих систем так разнообразны. Но можно сделать одно общее предсказание: если галактики не случайно встретились в пространстве, а образуют систему, то их взаимодействие рано или поздно должно привести к тесному сближению и последующему слиянию. Этот процесс может продолжаться более миллиарда лет. Такие сливающиеся системы действительно были обнаружены среди известных галактик. В них наблюдаются двойные, реже кратные ядра, светлые струи некогда выброшенного в межгалактическое пространство вещества или необычайно протяженные звездные "короны".
Взаимодействие играет очень большую роль в эволюции звездных систем. Многие галактики должны были испытать сильное взаимодействие , завершившееся слиянием, в далеком прошлом. Сейчас их внешний вид может быть совершенно нормален, и только специальные исследования позволяют заподозрить некогда пережитые ими бурные процессы. Так, ближайшая к нам радиогалактика Центавр А считается результатом слияния эллиптической системы с дисковой, межзвездный газ которой образовал гигантский газопылевой диск. Он расположен к нам ребром и поэтому виден на фотографиях как темная полоса, пересекающая галактику. Можно предположить, что миллиарды лет назад взаимодействие и слияние галактик происходили значительно чаще - ведь многие галактики уже успели к настоящему времени слиться в единые системы. И действительно, проведенные на Хаббловском космическом телескопе наблюдения далеких и слабых галактик, свет от которых летел к нам миллиарды лет, показали, что среди них повышена доля искаженных, взаимодействующих систем.
Взаимодействие галактик не ограничивается простым изменением их структуры или типа. Влияние друг на друга даже сравнительно далеких галактик часто приводит к вспышке звездообразования в одной из них или в обеих. Приливное взаимодействие галактик способствует формированию массивных облаков газа. Кроме того, относительные скорости облаков возрастают, и они чаще сталкиваются друг с другом. Именно эти процессы во многом определяют интенсивность рождения звезд. Наконец, среди взаимодействующих галактик довольно много систем с активными ядрами. По современным представлениям, для активности ядра требуется массивный компактный объект в центре галактики и газ, который может свободно падать на него.
planetologia.ru
КЛАССИФИКАЦИЯ ХАББЛА, классификация ГАЛАКТИК согласно их форме или структуре. Была предложена Эдвином Хабблом в 1925 г. Имеет три главных категории: галактики эллиптические (Е), спиральные простые (S) и спиральные с перемычкой (у которых ветви выходят из концов светлой перемычки, пересекающей ядро) (SB). Каждая категория имеет подтипы, зависящие от наблюдаемой формы или структуры галактики. Иррегулярные галактики (Ir) не были включены в первоначальную классификацию Хаббла.
Научно-технический энциклопедический словарь.
Классификация Хаббла — Последовательность Хаббла классификация галактик, предложенная в 1936 Эдвином Хабблом. С тех пор предложены более подробные классификации, но классификация Хаббла всё ещё актуальна. Для спиральных галактик размер балджа и толщина рукавов «слева… … Википедия
Классификация Хаббла — Метод классификации галактик по их форме, предложенный Эдвином Хабблом (1889 1953). Согласно этой схеме эллиптические галактики располагаются на некоторой шкале, начиная от E0 (круглый диск), E1, E2, и т.д. до E7 в порядке увеличения их… … Астрономический словарь
Последовательность Хаббла — Последовательность Хаббла классификация галактик, предложенная в 1936 Эдвином Хабблом. С тех пор предложены более подробные классификации, но классификация Хаббла всё ещё актуальна … Википедия
Морфологическая классификация галактик — Морфологическая классификация галактик система разделения галактик на группы по визуальным признакам, используемая в астрономии. Существует несколько схем разделения галактик на морфологические типы. Наиболее известная была предложены… … Википедия
Галактика — У этого термина существуют и другие значения, см. Галактика (значения). NGC 4414, спиральная галактика из созвездия … Википедия
ГАЛАКТИКИ — внегалактические туманности или островные Вселенные , гигантские звездные системы, содержащие также межзвездный газ и пыль. Солнечная система входит в нашу Галактику Млечный Путь. Все космическое пространство до пределов, куда могут проникнуть… … Энциклопедия Кольера
Хаббл, Эдвин Пауэлл — У этого термина существуют и другие значения, см. Хаббл. Эдвин Хаббл англ. Edwin Hubble Дата рождения: 20 ноября … Википедия
Линзообразная галактика — Галактика Веретено (NGC 5866), линзообразная галактика в созвездии Дракон. Линзообразная галактика тип галактик, промежуточный между эллиптическими и спиральными в классификации Хаббла. Линзообразные галактики это дисковые галактики (как и,… … Википедия
Линзовидная галактика — Галактика Веретено (NGC 5866), линзообразная галактика в созвездии Дракон. Линзообразная галактика тип галактик, промежуточный между эллиптическим … Википедия
Область H II — NGC 604, гигантская область H II в Галактике Треугольника … Википедия
dic.academic.ru
|
|
|
|
|
|
