Многообразие галактик

Как мы помним, в нашей звёздной системе находится около 200–400 миллиардов звёзд и ярких туманностей. Из числа этих объектов в состав Галактики не входит лишь слабо заметное туманное пятно, видимое в созвездии Андромеды и напоминающее по форме пламя свечи. В 1924 году Эдвин Хаббл с помощью крупнейшего телескопа того времени (обсерватория Маунт-Вилсон, США) обнаружил, что туманность Андромеды находится от нас на расстоянии более 2 миллионов световых лет и представляет собой систему из огромного числа звёзд.

Последующее изучение других известных на то время туманностей показало, что большинство из них также являются удалёнными гигантскими звёздными системами. Так были открыты новые объекты Вселенной – галактики.

В настоящее время под галактиками понимают гигантские гравитационно-связанные системы звёзд и межзвёздного вещества, расположенные вне нашей Галактики (то есть вне Млечного Пути).

Интересно, что к началу 90-х годов ХХ века астрономам было известно всего около 30 галактик. Однако после запуска космического телескопа «Хаббл» и ввода в строй 10 метровых наземных телескопов число известных галактик резко возросло. Точное количество галактик во Вселенной не известно (и вряд ли в ближайшем будущем будет известно точно). А учёные дают разные оценки их количества – от нескольких сот миллиардов до двух триллионов.

Глядя на фотографии удалённых галактик не трудно заметить, что они отличаются большим многообразием. Есть небольшие галактики. Есть галактики, размеры которых в несколько раз превосходят размеры Млечного Пути. А есть и галактики-рекордсмены. Например, самой большой галактикой в видимом свете является галактика IC 1101. Она в 60 раз крупнее Млечного Пути (6 млн св. лет) и в 20 раз массивнее.

А в 2022 году была открыта радиогалактика Алкионей. Её размеры превышают 16 миллионов световых лет.

В 1936 году Эдвин Хаббл предложил классифицировать галактики по их внешнему виду. Согласно этой классификации, существует 4 основных вида галактик: эллиптические галактики (тип Е), линзовидные галактики (тип S0), спиральные галактики (тип S) и неправильные галактики (Irr).

Эллиптические галактики – это класс галактик с хорошо выраженной сферической или эллипсовидной структурой. Наибольшее число звёзд в таких галактиках располагаются вблизи её центра и плавно убывают к краю. Газ и пыль в таких галактиках закончились. Звёздообразование практически прекратилось. И поэтому в эллиптических галактиках остались только старые звёзды: жёлтые и красные карлики, красные гиганты и белые карлики. А сами эти галактики имеют более красный цвет.

По внешнему виду эллиптические галактики отличаются друг от друга в основном одной чертой – большим или меньшим сжатием. В связи с этим, Хаббл предложил к буквенному обозначению галактики добавлять цифру от нуля до семи, которая характеризует степень сжатия. Так, например, галактики Е0 имеют практически шарообразную форму, а Е7 – заметно вытянутую. Однако следует помнить, что число показывает не реальную форму галактики, а лишь её проекцию на небесную сферу.

Одним из основных типов галактик являются спиральные галактики. Считается, что они составляют примерно половину всех галактик. Спиральные галактики представляют собой сильно сплюснутые системы (похожи на диск) с центральным уплотнением – балджем, (в котором находится ядро галактики) – и заметной спиральной структурой, за что и получили своё название.

Диск спиральной галактики окружён большим сферическим гало. Оно состоит, в основном, из старых звёзд, сосредоточенных в шаровых скоплениях. Спиральные же рукава представляют собой области активного звёздообразования и состоят по большей части из молодых горячих звёзд.

В зависимости от того, насколько плотно расположены рукава галактики, к её обозначению добавляются малые латинские буквы от а до d. Так, например, галактика М 81 относится к типу Sa, так как она является системой с туго закрученными рукавами. А вот галактика M101 принадлежит к типу Sc, так как представляет собой систему с развитой клочковатой спиральной структурой.

Во всех спиральных галактиках наблюдаются рукава. Но их внешний вид довольно разнообразен. Так, например, десять галактик из ста будут иметь упорядоченную структуру – два чётко выраженных галактических рукава. Противоположностью таких галактик являются флоккулентные галактики, в которых различимы лишь отдельные отрезки спиральных рукавов (как бы состоят из кусочков). Таких спиральных галактик примерно 30 %. В оставшейся части галактик (60 %) спиральная структура менее регулярна, но, в целом, хорошо прослеживается.

Примерно 2/3 всех спиральных галактик имеют в центральной части почти прямую звёздную перемычку – бар. Поэтому такие галактики стали называть спиральными галактиками с перемычкой.

Бар состоит в основном из ярких звёзд и пересекает галактику посередине. Спиральные ветви в таких галактиках начинаются на концах перемычек. Тогда как в обычных спиральных галактиках они выходят непосредственно из ядра.

В своей классификации Эдвин Хаббл типизировал такие галактики как SB и подразделил их на три подкатегории – в зависимости от того, насколько плотно скручены спиральные ветви. Как вы, наверное, догадались, наша Галактика является спиральной с перемычкой.

Промежуточным типом между спиральными и эллиптическими галактиками являются линзовидные (или линзообразные) галактики. Внешне они очень похожи на эллиптические (если видны плашмя), но имеют сплюснутый звёздный диск. По структуре же они подобны спиральным галактикам, однако в них отсутствует плоская составляющая и очень слабо выражены спиральные ветви. Поэтому частота формирования звёзд в них понижена. В результате линзовидные галактики состоят в основном из более старых и красных звёзд. Газа в них мало. Но, в отличие от эллиптических галактик, в линзовидных может содержаться значительное количество пыли.

И последний тип – это неправильные галактики. К ним относятся маломассивные галактики неправильной структуры. Чаще всего такие галактики имеют хаотичную форму без ярко выраженного ядра и спиральных ветвей. Но в них очень много межзвёздного газа – до половины массы галактики. Поэтому в таких галактиках очень много молодых звёзд высокой светимости и самосветящихся (эмиссионных) туманностей.

В 1999 году Стивен Филлипс из Бристольского университета открыл ещё один тип галактик – ультракомпактные карликовые галактики. Это класс очень компактных галактик с крайне высокой плотностью звёздного населения. Их раньше упускали в связи с тем, что во время наблюдения из обычного телескопа они напоминают типичные отдельные звёзды, находящиеся внутри нашей Галактики.

Большинство галактик группируются в скопления, которые принято делить на правильные и неправильные.

Правильные скопления в большинстве своём похожи на шаровые скопления звёзд. То есть для них характерна сферическая симметрия с сильной концентрацией галактик к центру. Типичное скопление такого типа наблюдается в созвездии Волосы Вероники и насчитывает несколько десятков тысяч галактик.

Иногда концентрация галактик в скоплениях бывает так велика, что они могут взаимодействовать друг с другом силами гравитации. Такие галактики принято называть взаимодействующими. Их гравитационное взаимодействие вызывает значительное изменение формы галактик.

Даже наша Галактика является взаимодействующей. В настоящий момент она поглощает одну карликовую галактику, находящуюся на противоположной от нас стороне галактического диска. Через несколько миллиардов лет она «проглотит» Магеллановы Облака. А примерно через 4 миллиарда лет столкнётся с галактикой Андромеды. В результате столкновения в течение примерно одного – двух миллиардов лет галактики сольются в одну гигантскую звёздную систему.

У большинства галактик можно выделить яркую центральную часть – ядро, являющееся чёрной дырой. Эта область отличается большой звёздной плотностью и яркостью. В ядрах некоторых галактик происходит колоссальное выделение энергии, которое нельзя объяснить излучением или взрывами обычных звёзд. Такие галактики получили название галактик с активными ядрами. Их активность проявляется по-разному. Например, это может быть большая мощность излучения в коротковолновых областях спектра или же мощные выбросы струй газа – джеты.

В 1960 году во время радиообзора неба Аллан Сандэйж и Томас Мэттьюс обнаружили объект, который сильно напоминал активные ядра галактик. Но при этом в небе он выглядел как обычная звёздочка 13 звёздной величины. Так были открыты квазары, класс астрономических объектов, являющихся одними из самых ярких в видимой Вселенной. Их мощность излучения в десятки, а иногда и в сотни раз превышает суммарную мощность всех звёзд таких галактик, как наша.

Природа активности радиоизлучения квазаров точно пока не установлена. По одной из теорий, они представляют собой галактики на начальном этапе развития. А источником излучения является аккреционный диск сверхмассивной чёрной дыры, находящейся в центре галактики.