Галактики. 
Астрономия

Многообразие галактик

Наше Солнце вместе с миллиардами других соседствующих звезд составляет огромную вращающуюся систему — галактику (др.-греч. уа? са^(ас; — млечный путь, от уаХа, уаА, актоg — молоко). Вселенная насчитывает великое множество галактик различных возрастов и форм (рис. 9.1).

Рис. 9.1. Многообразие галактик во Вселенной.

(?) Знакомы ли вы с древнегреческим мифом о возникновении слова «галактика»? Подготовьте небольшое сообщение на данную тему.

Изучением формирования, распределения, движения и взаимодействия галактик, а также свойств и эволюции Вселенной в целом занимаются такие тесно связанные разделы астрономии, как внегалактическая астрономия и космология.

(?) Каковы объект, предмет, цели и задачи космологии и внегалактической астрономии? С помощью каких приборов и устройств человечество исследует объекты космологии и внегалактической астрономии?

Галактики начали изучать только в начале XX в., и вплоть до 1990;х гг. было известно около 30 объектов. Все изменилось с запуском космического телескопа «Хаббл» и вводом в строй 10-метровых наземных телескопов.

Впервые попытку систематизировать и классифицировать галактики предпринял Эдвин Хаббл в 1926 г. Он расположил наблюдаемые с помощью фотопластинок галактики по схожести, в результате чего возникла схема в виде двузубца, рогатки или камертона — так называемая вилкаХаббла (рис. 9.2, а).

Рис. 9.2. Вилка Хаббла:

символом Е в левой части схемы обозначены эллиптические галактики; цифра от 0 до 7 — это показатель эксцентриситета, или отклонения от окружности.

В правой части схемы: нижняя ветвь — спиральные галактики с баром (перемычкой), обозначенные SB; верхняя ветвь — спиральные галактики без бара, обозначенные S. Коэффициенты а, Ъ, с показывают степень густоты и закрученности рукавов. Неправильные галактики обозначены как 1гг. Линзовидные галактики обозначаются S0.

Диаметр галактик может достигать в среднем от 5 до 250 кпк¹ (16— 800 тыс. световых лет)^{1[1][2]. Самая большая известная на сегодняшний день галактика 1C 1101 имеет диаметр более 600 кпк.}

Массы галактик варьируются от 10⁷ до 10¹² М₀. Состав различных типов галактик, в отличие от структуры, более-менее одинаков:

• • темное вещество (см. параграф 11.9);
• • светящаяся материя — звезды и компактные звездные остатки;
• • излучение, или космические лучи;
• • межзвездная пыль;
• • межзвездный газ в различных состояниях (молекулярном, атомарном и ионизованном).

Традиционно выделяют два основных типа галактик: эллиптические и спиральные, а на их стыке находится промежуточный тип — линзовидные галактики¹. Выделяются также галактики неправильных форм, не вошедшие в классификацию Хаббла, — их называют иррегулярными. Они образовались, скорее всего, в результате слияния других галактик и перемешивания их вещества (см. рис. 9.2, б).

Спиральные галактики (рис. 9.3) были открыты в 1845 г. англичанином Уильямом Парсонсом (лордом Россом). Считается, что спиральных галактик большинство — около 80%.

Рис. 9.3. Спиральная галактика с баром (Мбб).

Структура спиральных галактик включает:

• • массивное гало сферической формы (своего рода невидимый пузырь, содержащий большую часть массы галактики — так называемую скрытую массу, см. параграф 9.9);
• • толстый диск со спиральным узором — рукавами (ветвями);
• • тонкий диск внутри толстого диска (открыт только в 1980;е гг.);
• • балдж — сфероидальное вздутие в центре диска;
• • сверхмассивную черную дыру в центре балджа (рис. 9.4);
• • иногда — бар^[3][4].

Рис. 9.4. Схематическое изображение структуры спиральной галактики

«с ребра»¹

Автор иллюстрации а — Антон Гуцунаев.

Ученые классифицируют спиральные галактики на подтипы, где ключевым параметром также являются особенности их структуры, такие как наличие бара или количество, структура и степень закрученности спиральных рукавов.

Как правило, в процессе вращения галактики рукава являются отстающими, т. е. дуги спиралей изогнуты в ту же сторону, куда движутся звезды, а внешние концы спиралей обращены назад.

(?) Как вы думаете, существуют ли галактики, звезды в которых вращаются в противоположную от рисунка спиралей сторону? С чем это связано? Приведите примеры.

Эллиптические галактики имеют выраженную округлую форму (рис. 9.5). Яркость эллиптических галактик резко падает от центра к периферии.

Рис. 9.5. Эллиптическая галактика (М49).

В эллиптических галактиках не происходит процесса звездообразования. В их состав входят звезды, относящиеся к классам красных и желтых карликов, красных и желтых гигантов и некоторого количества белых звезд; голубых сверхгигантов нет.

Особенность структуры эллиптических галактик заключается в отсутствии ядра и рукавов. Внешне эллиптические галактики отличаются друг от друга большей ил и меньшей степенью сжатия, а также по размеру. Эллиптических галактик, по мнению ученых, в несколько раз меньше, чем спиральных (менее 15%). При наблюдении в телескоп большого интереса для любителей они не представляют, так как не имеют деталей для подробного рассмотрения. Ближайшая к нам эллиптическая галактика — карликовая галактика ESO 351−30 в созвездии Скульптора.

У неправильных (иррегулярных) галактик нет традиционных форм. Их структура «рваная», «клочковатая», ядро не удается идентифицировать (рис. 9.6). Около 50% вещества иррегулярных галактик составляет межзвездный газ. Доля неправильных галактик составляет менее 5% от общего числа.

Рис. 9.6. Неправильная (иррегулярная) галактика (NGC6822).

По морфологическим признакам иррегулярные галактики делятся на несколько подтипов:

• • Irr I — с очертаниями структуры (Sm — похожи на спиральные; Im — не похожие);
• • Irr II — абсолютно хаотичной формы;
• • dl — карликовые неправильные.

Глядя на небо, в действительности мы видим не только звезды и планеты, но и далекие галактики. Невооруженным глазом все они выглядят светящимися точками, но при наблюдении в оптический прибор — телескоп или бинокль — очертания небесных объектов приобретают характерные черты. Планеты мы видим как диски или полумесяцы (см. гл. 5—7), звезды нашей Галактики даже при многократном увеличении остаются светящимися точками, а вот чужие галактики, особенно спиральные, могут выглядеть совершенно по-разному. Все зависит от того, под каким углом они повернуты к наблюдателю: если плашмя, то мы видим характерный спиральный узор, а если с ребра — только светящуюся полосу.

Интересный факт

Чужие галактики удалены от нас на огромные расстояния, измеряемые мегапарсеками. Увидеть невооруженным глазом на небе можно лишь четыре: 1) галактику Туманность Андромеды (видна в Северном полушарии); 2) и 3) Большое и Малое Магеллановы Облака (видны в Южном полушарии; являются спутниками нашей Галактики) и 4) галактику МЗЗ в созвездии Треугольника (видна в Северном полушарии, на незасвеченном небе).

Hubble Deep Field — знаменитая фотография, сделанная в 1995 г. телескопом «Хаббл» (рис. 33, цветная вклейка). На фото изображена небольшая область созвездия Большой Медведицы (примерно 1/28 000 000 часть неба). Примечательно, что почти все 3000 объектов на изображении — галактики различных форм и возрастов, лежащие под различными углами. Только 2—3 звезды со снимка принадлежат Млечному Пути. Длительность выдержки составила 10 дней, таким образом, на фото попали галактики с видимого края Вселенной — одни из самых старых объектов, прошлое которых мы наблюдаем. Они находятся так далеко от нас, что их свет долетает до нас спустя миллиарды лет, и мы не можем сказать точно, как они выглядят сегодня.

Как правило, галактики «живут семьями», т. е. под действием взаимного гравитационного влияния они образуют скопления и сверхскопления из нескольких крупных объектов и множества мелких — карликовых. В то же время галактики постоянно движутся в пространстве Вселенной, что неумолимо рано или поздно приведет к столкновению. Выпадение карликовых галактик-спутников на диски более крупных «соседей» называется малый мержинг: этот процесс обогащает диски массивных галактик свежим молекулярным газом, что зачастую приводит к вспышке звездообразования. При этом форма массивной галактики, как правило, практически не подвергается масштабным изменениям. При большом мержинге, т. е. слиянии массивных галактик, формы обоих объектов претерпевают существенные изменения, которые мы можем наблюдать (рис. 9.7). Слияние массивных галактик происходит не мгновенно: это продолжительный процесс, который может растянуться на миллиарды лет. При этом расстояния между звездами в галактиках настолько велики, что вероятность катастрофы в результате столкновения звезд крайне мала. Через 4 млрд лет столкновение ждет и нашу Галактику с галактикой Туманность Андромеды.

Рис. 9.7. Большой мержинг — процесс слияния двух массивных галактик.

Определить точное количество галактик в наблюдаемой нами части Вселенной на сегодняшний день не удается. По приблизительным подсчетам, их насчитывается около 2 трлн. Галактики неравномерно разбросаны в пространстве-времени, поэтому в одной области галактик может не быть совсем (так называемые войды), а в другой области можно найти целую группу (см. рис. 3, цветная вклейка). В состав одной из таких групп входит и наша Галактика — Млечный Путь.

• [1] 1 парсек = 3,26 св. лет.
• [2] Засов А. В., Постное К. А. Общая астрофизика: учеб, пособие для студ. физ. спец-тей ун-тов. 3-е изд., испр. и доп. Фрязино: Век 2, 2016.
• [3] Линзовидные галактики обладают диском и гало, но не имеют спиральных рукавов.
• [4] Бар — образование в форме перемычки в центре диска спиральной галактики, которое появляется в результате перестройки звездных орбит. Считается, что в структуренашей Галактики также присутствует бар, размер которого составляет порядка 4 кпк.