Какие типы галактик существуют?
Установив существование других галактик, Хаббл и другие исследователи стали более тщательно наблюдать за ними, отмечая их форму, содержание и многие другие свойства, которые они могли измерить. В 1920-е годы, когда на получение одной фотографии или спектра галактики уходила целая ночь неустанных наблюдений, это была сложнейшая задача. Сегодня, благодаря более крупным телескопам и электронным детекторам, эта задача стала менее сложной, хотя наблюдение наиболее удаленных галактик (тех, которые показывают нам Вселенную на самых ранних стадиях ее развития) по-прежнему требует огромных усилий.
Первым шагом в попытке понять новый тип объекта часто бывает просто его описание. Вспомним, что первым шагом в понимании звездных спектров была их сортировка по внешнему виду. Как выяснилось, самые крупные и наиболее светящиеся галактики имеют одну из двух основных форм: либо они более плоские и имеют спиральные рукава, как наша Галактика, либо они кажутся эллиптическими (дирижаблеобразными или сигарообразными). Многие более мелкие галактики, напротив, имеют неправильную форму.
Перевод главы из учебника “Астрономия” от OpenStax (Университет Райса, Хьюстон, США)
Спиральные галактики
Наша галактика и галактика Андромеды – типичные крупные спиральные галактики. Они состоят из центральной выпуклости, гало, диска и спиральных рукавов. Межзвездный материал обычно распределен по дискам спиральных галактик. Яркие эмиссионные туманности и горячие молодые звезды присутствуют, особенно в спиральных рукавах, что свидетельствует о продолжающемся звездообразовании. Диски часто запылены, что особенно заметно в тех системах, которые мы рассматриваем почти с краю.
В галактиках, которые мы видим “лицом”, яркие звезды и эмиссионные туманности выделяют рукава спиралей, как колесо булавки в день четвертого июля. В рукавах ближайших спиралей видны открытые звездные скопления, а в их ореолах – шаровые скопления. Спиральные галактики, как и Млечный Путь, содержат смесь молодых и старых звезд. Все спирали вращаются, причем направление их вращения таково, что рукава напоминают след от лодки.
Примерно у двух третей близлежащих спиральных галактик через центр проходят ящикообразные или орехообразные полосы звезд . Проявляя большую оригинальность, астрономы назвали эти галактики штриховыми спиралями.
Спиральные рукава обычно начинаются от концов бара. Тот факт, что бары встречаются так часто, говорит о том, что они долгоживущие; возможно, большинство спиральных галактик образуют бар в какой-то момент своей эволюции.
В спиральных галактиках как с баром, так и без него мы наблюдаем целый ряд различных форм. В одном крайнем случае центральная выпуклость велика и светится, рукава тусклы и плотно свернуты, а яркие эмиссионные туманности и звезды-сверхгиганты незаметны. Хаббл, разработавший систему классификации галактик по форме, дал таким галактикам обозначение Sa. Галактики этого экстремального типа могут не иметь четкой структуры спирального рукава, что приводит к появлению линзообразной формы (их иногда называют линзовидными галактиками). Эти галактики, по-видимому, имеют столько же общих свойств с эллиптическими галактиками, сколько и со спиральными галактиками
В другом крайнем случае центральная выпуклость мала, а рукава слабо закручены. В таких галактиках Sc очень заметны светящиеся звезды и эмиссионные туманности. Наша Галактика и галактика Андромеды занимают промежуточное положение между этими двумя крайностями. Фотографии спиральных галактик, иллюстрирующие различные типы, приведены на рисунке ниже, а также эллиптические галактики для сравнения.
Диаметр светящихся частей спиральных галактик составляет от 20 000 до более чем 100 000 световых лет. Недавние исследования показали, что, вероятно, существует большое количество галактического вещества, которое простирается далеко за пределы видимого края галактик. Это вещество, по-видимому, представляет собой тонкий холодный газ, который трудно обнаружить в большинстве наблюдений.
Эллиптические галактики
Эллиптические галактики почти полностью состоят из старых звезд и имеют форму сфер или эллипсоидов (несколько сжатых сфер). Они не содержат следов спиральных рукавов. В их свете преобладают старые красноватые звезды. В крупных близлежащих эллиптических скоплениях можно выделить множество шаровых скоплений. Пыль и эмиссионные туманности в эллиптических галактиках мало заметны, но многие из них содержат небольшое количество межзвездного вещества.
Эллиптические галактики демонстрируют различную степень уплощения: от систем, имеющих приблизительно сферическую форму, до систем, приближающихся к плоскостности спиралей. Редкие гигантские эллиптические объекты (например, ESO 325-G004 на на рисунке выше) достигают светимости 10 11 L Солнца . Масса гигантского эллипса может достигать 10 13 M Солнца.. Диаметры этих крупных галактик простираются на несколько сотен тысяч световых лет и значительно превышают размеры самых крупных спиралей. Хотя отдельные звезды вращаются вокруг центра эллиптической галактики, не все орбиты имеют одно и то же направление, как это происходит в спиралях. Таким образом, эллиптические тела, похоже, не вращаются систематически, что затрудняет оценку того, сколько темной материи они содержат.
Мы видим, что эллиптические галактики варьируются от только что описанных гигантов до карликов, которые, возможно, являются наиболее распространенным видом галактик. Карликовые эллиптические галактики (иногда их называют карликовыми сфероидами) долгое время оставались вне нашего внимания, поскольку они очень тусклые и их трудно увидеть. Примером карликовой эллиптической галактики является карликовая сфероидальная галактика Leo I, показанная на рисунке ниже. Светимость этого типичного карлика примерно равна светимости самых ярких шаровых скоплений.
Промежуточным звеном между гигантскими и карликовыми эллиптическими галактиками являются такие системы, как M32 и M110 – два спутника галактики Андромеды. Хотя их часто называют карликовыми эллиптическими, эти галактики значительно крупнее таких галактик, как Leo I.
Неправильные галактики
Хаббл отнес галактики, не имеющие правильной формы, связанной с только что описанными категориями, к общей группе нерегулярных галактик, и мы продолжаем использовать его термин. Как правило, нерегулярные галактики имеют меньшие массы и светимости, чем спиральные галактики. Нерегулярные галактики часто выглядят неорганизованными, и многие из них находятся в состоянии достаточно интенсивного звездообразования. Они содержат как молодые звезды I популяции, так и старые звезды II популяции.
Две наиболее известные неправильные галактики – Большое Магелланово Облако и Малое Магелланово Облако, находящиеся на расстоянии чуть более 160 тыс. световых лет от нас и являющиеся нашими ближайшими внегалактическими соседями. Их названия отражают тот факт, что Фердинанд Магеллан и его команда, совершавшие кругосветное путешествие, были первыми европейскими путешественниками, заметившими их. Хотя эти две системы не видны из США и Европы, они хорошо заметны из Южного полушария, где они выглядят на ночном небе в виде облаков. Поскольку они удалены от галактики Андромеды всего на одну десятую расстояния, они предоставляют астрономам прекрасную возможность изучать туманности, звездные скопления, переменные звезды и другие ключевые объекты в окружении другой галактики. Например, в Большом Магеллановом облаке находится комплекс 30 Дорадус (известный также как туманность Тарантул) – одна из самых крупных и ярких групп сверхгигантских звезд, известных в любой галактике.
Малое Магелланово облако значительно менее массивное, чем Большое Магелланово облако, и его длина в шесть раз превышает ширину. Это узкое скопление вещества, словно стрела, направлено прямо в сторону нашей Галактики. Скорее всего, Малое Магелланово облако приобрело свою нынешнюю форму в результате гравитационного взаимодействия с Млечным Путем. В результате взаимодействия Млечного Пути и Малого Магелланова Облака на небе образовался большой след, который выглядит как серия газовых облаков, движущихся с аномально высокой скоростью, называемая Магеллановым потоком. Мы увидим, что подобное взаимодействие между галактиками позволяет объяснить неправильную форму всей этой категории малых галактик.
Заключение
В заключение, изучение галактической структуры подчеркивает разнообразие галактических форм и характеристик. Спиральные галактики и эллиптические галактики представляют собой два основных класса, каждый со своими уникальными особенностями.
Спиральные галактики обычно имеют центральную выпуклость, диск и спиральные рукава, где активно происходит звездообразование. Их структура и вид разнообразны, варьируя от галактик с тусклыми рукавами до галактик с яркими звездами и эмиссионными туманностями.
Эллиптические галактики, напротив, состоят в основном из старых звезд и имеют различные формы, от сферических до вытянутых. Они не имеют спиральных рукавов и обычно содержат мало межзвездного вещества.
Исследования также обращают внимание на карликовые эллиптические галактики, которые, несмотря на свою тусклость, имеют важное место в галактической экологии.
Изучение галактической структуры позволяет лучше понимать многогранность Вселенной и разнообразие форм ее составляющих.
