Типы галактик

Типы галактик

Хаббл предложил разделить все галактики на три основных вида:

Эллиптические (Е — elliptical).

Спиральные (S — spiral).

Неправильные (I — irregular).

Классификация галактик по Хабблу приведена на рис. 1.

3.1. Эллиптические галактики.

Эллиптические галактики внешне самый невыразительный тип галактик. Они имеют вид гладких эллипсов или кругов с общим падением яркости по мере удаления от центра к периферии. Падение яркости описывается простым математическим законом, который открыл Хаббл. На языке астрономов это звучит так: эллиптические галактики имеют концентрические эллиптические изофоты, т. е. если соединить одной линией все точки изображения галактики с одинаковой яркостью и построить такие линии для разных значений яркости (аналогично линиям постоянной высоты на топографических картах), то мы получим ряд вложенных друг в друга эллипсов примерно одинаковой формы и с общим центром.

Эллиптические галактики состоят из звезд красных и желтых гигантов, красных и желтых карликов и некоторого количества белых звезд не очень высокой светлости. В них отсутствуют бело-голубые сверхгиганты и гиганты, группировки которых можно наблюдать в виде ярких сгустков, придающих структурность системе, нет пылевой материи, которая, в тех галактиках где она имеется, создает темные полосы, оттеняющие форму звездной системы. Поэтому внешне эллиптические галактики отличаются друг от друга в основном одной чертой — большим или меньшим сжатием.

Подтипы эллиптических галактик обозначаются как Еn, определяемая по формуле.

n=10(a-b)/a, (1).

где n — степень сжатия, а и b — соответственно большая и малая полуоси какой-либо изофоты галактики. Таким образом, эллиптическая галактика круглой формы будет отнесена к типу ЕО, а сильно сплюснутая может быть классифицирована как Е7.

Эллиптические галактики наблюдаются в форме эллипса. Но галактика — это не плоская фигура, а тело, которое если его рассматривать из некоторой точки, представляется эллипсом. Однако необходимо выяснить действительную форму эллиптических галактик.

Можно предположить, что эллиптические галактики обращены к нам различными сторонами, и со всех сторон они наблюдаются в виде эллипсов. Тогда из этого вытекает следующий вывод: — эллиптические галактики представляют собой сжатый эллипсоид вращения, который при его проекции на плоскость дает эллипс.

В зависимости от того, с какой стороны наблюдать сжатый эллипсоид вращения, он представляется более сжатым или менее сжатым эллипсом. Самое большое сжатие будет наблюдаться, если луч зрения перпендикулярен к оси вращения, т. е. галактика наблюдается с ребра. В этом случае сжатие эллипса характеризует форму эллипсоида и мы его назовем истинным сжатием эллиптической галактики. Чем меньше угол между лучом зрения и осью вращения эллипсоида, тем менее сжат наблюдаемый эллипс, а при совпадении луча зрения с осью вращения, т. е. при наблюдении в плане, будет виден круг.

В результате проведения исследований эллиптических галактик было выяснено, что среди эллиптических галактик, входящих в состав скоплений галактик, преобладают галактики с показателями истинного сжатия 4, 5, 6, 7 и почти нет слабо сжатых и сферических галактик. А среди эллиптических галактик вне скоплений, наоборот, подавляющее большинство — галактики с очень слабым сжатием или сферические с показателем истинного сжатия равным 1 и 0.

3.2. Спиральные галактики.

Спиральные галактики это может быть самые живописные объекты во Вселенной и, в отличие от эллиптических галактик, являют собой пример динамичности формы. Их красивые ветви, выходящие из центрального ядра и как бы теряющие очертания за пределами галактики, указывают на мощное, стремительное движение.

Идеальные спиральные галактики имеют две спиральные ветви (рукава), исходящие либо прямо из ядра, либо из двух концов бара (перемычки), в центре которого расположено ядро. Этот признак позволил разделить спиральные галактики на два основных подтипа: нормальные спиральные галактики (S) и пересеченные спиральные галактики (SB). Нормальных спиральных галактик во много раз больше, чем пересеченных.

Дальнейшее разделение спиральных галактик на подтипы проводится по следующим трем критериям:

относительной величине ядра по сравнению с размерами всей галактики (Sa, SBa);

по тому, насколько сильно или слабо закручены спиральные ветви (Sb, SBb);

фрагментарности спиральных ветвей (Sc, SBc).

Рис. 1. Классификация галактик по Хабблу.

Спиральные галактики типа Sa — галактики, у которых ветви развиты слабо, в некоторых случаях только намечаются. Ядра у этих галактик всегда большие, обычно составляют около половины наблюдаемого размера самой галактики. Как правило, у галактик типа Sa две спиральные ветви, берущие начало в противоположных точках ядра, развивающиеся сходным, симметричным образом и теряющиеся в противоположных областях периферии галактики.

Спиральные галактики типа Sb — галактики, имеющие относительно небольшие ядерные области, и с заметно развитыми спиральными ветвями. Ярким примером галактик этого типа является галактики известная как Туманность Андромеды (NGC224).

Галактики типа Sc характеризуются сильно фрагментированными обрывочными спиральными ветвями.

У пересеченных спиральных галактик (или спиральных галактик с перемычкой) ядро находится в середине прямой перемычки, и спиральные ветви начинаются лишь у концов этой перемычки. Эти галактики также делятся на описанные выше типы и обозначаются соответственно Sba, SBb и SBc. Присутствие буквы «B «в обозначении галактики указывает на наличие у нее перемычки (от английского слова bar — перемычка).

Ядро спиральных галактик представляет собой яркую область, обладающую многими признаками эллиптической галактики. Закон падения яркости, открытый Хабблом для эллиптических галактик, оказался справедливым и для центральных ядерных областей спиральных галактик, и поэтому эти области иногда называют «эллиптическим компонентом » .

У всех спиральных галактик, наблюдаемых с ребра, видна темная полоса, как бы разделяющая галактику на две части. Эти темные полосы показывают на наличие у спиральных галактик темной пылевой материи, сосредоточенной около плоскости симметрии галактик.

Если вычислить по формуле (1) коэффициент сжатия у наблюдаемых с ребра спиральных галактик, то он всегда больше сети. Для спиральных галактик типа Sa получается величина близкая к 8, для галактик типа Sb — от 8,5 до 9, для Sc — больше 9.

Спиральные галактики, наблюдаемые с ребра, имеют вид сильно сжатого эллипса с утолщением — ядром в центре и полосой темной материи, тянущейся вдоль ребра. Однако в некоторых областях пространство встречаются галактики сильно сжатые и имеющие ядро, как спиральные галактики, но лишенные спиральной структуры и поэтому при наблюдении в плане похожие на эллиптические галактики и не имеющие темной полосы вдоль ребра. Эти галактики получили обозначение S0 и называются чечевицеобразными.

3.3. Неправильные галактики.

Рассмотренные выше типы галактик характеризовались симметричностью формы и определенным характером рисунка. Но встречается большое число галактик неправильной формы, без какой-либо общей закономерности структурного строения. Это так называемые неправильные галактики, обозначаемые Irr.

Неправильная форма у галактики может быть вследствие того, что она не успела принять правильной формы из-за малой плотности в ней материи или из-за молодого возраста, а также возможно искажение формы галактики вызвано вследствие ее взаимодействия с другой галактикой.

Астрономы предполагают, что во Вселенной встречаются оба описанных случая и в связи с этим разделяют неправильные галактики на два типа: тип Irr I и тип Irr II.

Тип Irr I характеризуется сравнительно высокой поверхностной яркостью и сложностью неправильной структуры. Французский астроном Вокулер в некоторых галактиках этого типа, например в Магелановых Облаках, обнаружил признаки разрушенной спиральной структуры. Кроме того, Вокулер заметил, что галактики типа Irr I часто встречаются парами. Поэтому ученый пришел к выводу, что эти галактики в прошлом были правильными, некоторые, в частности, спиральными. Однако в результате взаимодействия с другой, находящейся или находившейся близко галактикой, форма галактики исказилась, а если имелась спиральная структура, то она в значительной степени разрушилась.

Неправильные галактики типа Irr II отличаются очень низкой поверхностной яркостью. Эта черта выделяет их среди галактик всех других типов. Низкая поверхностная яркость галактики при обычных линейных размерах означает, что в ней очень мала плотность материи.

3.4. Почему галактики разные.

Как только галактики были открыты, астрономы пытались установить, под действием каких процессов галактики принимают ту или иную форму. В некоторых из ранних теорий предполагалось, что разные типы галактик представляют собой эволюционную последовательность. Согласно одной из таких гипотез, галактики начинают свой эволюционный путь как эллиптические, потом у них развивается спиральная структура и, наконец, эта структура распадается и объект превращается в хаотическую неправильную галактику. Другие астрономы предполагали противоположное направление эволюции: галактики возникают как неправильные, закручиваясь, превращаются в спиральные и завершают свою эволюцию в простой и симметричной эллиптической форме. В основе обеих теорий была гипотеза о том, что тип галактики связан с ее возрастом. Обе гипотезы были опровергнуты. Оказалось, что галактики всех типов имеют примерно одинаковый возраст. Почти в каждой галактике присутствует хотя бы несколько звезд с возрастом в несколько миллиардов лет. Отсюда следует, что ни эллиптические, ни неправильные галактики не могут быть старше остальных.

Однако эллиптические галактики состоят почти исключительно из старых звезд, в то время как галактики других хаббловских типов содержат относительно больше молодых звезд. По-видимому, форма галактики связана со скоростью образования в ней новых молодых звезд уже после ее рождения, а, следовательно, и с распределением звезд по возрастам. В эллиптических галактиках очень мало звезд возникло после стадии образования галактики, и поэтому мы наблюдаем здесь ничтожное количество молодых звезд. В галактиках типа Sa звезды продолжают образовываться до сих пор, но скорость этого процесса невелика, в галактиках типа Sb темп звездообразования выше, галактики типа Sc очень активны, а наиболее бурно звездообразование протекает в галактиках типа Irr I.

Эти результаты навели исследователей на мысль о том, что последовательность хаббловских типов упорядочивает галактики по степени сохранения ими газа и пыли: неправильные галактики сберегли большую часть своего газа и своей пыли для постепенного рождения все новых и новых звезд, в то время как эллиптические галактики израсходовали почти весь свой исходный газ на первую взрывную вспышку звездообразования.