Классификация космических систем по основным физическим характеристикам

Другие галактики

Типы галактик. Наша Галактика Млечный Путь, конечно, не единственная во Вселенной. Крупнейшие современные телескопы способны увидеть множество других галактик (рис. 3. 21), каждая из которых состоит из миллиардов звезд. Предполагают, что в видимой части Вселенной находится около 100 млрд галактик. Среди наблюдаемых галактик есть напоминающие нашу, но попадаются и совершенно отличные.

Рис. 3. 21. Скопление галактик

Не так давно астрономы обнаружили 26 новых черных дыр в соседней галактике Туманность Андромеды. На сегодняшний день это самое большое скопление черных дыр, обнаруженных в галактиках, не считая Млечный Путь.

Свет от самых далеких галактик идет к нам около 13, 4 млрд лет. Самая близкая галактика Большое Магелланово Облако (рис. 3. 22) находится на расстоянии 163 тыс. световых лет. Большое и Малое Магеллановы Облака являются карликовыми галактиками, спутниками нашей.

Рис. 3. 22. Большое Магелланово Облако

Магеллановы Облака названы в честь Фернана Магеллана, наблюдавшего эти галактики в виде туманных пятен в 1519 г. во время кругосветного путешествия. Магеллан использовал их для навигации как альтернативу Полярной звезде, невидимой в южных широтах. Большое Магелланово Облако занимает область неба Южного полушария в созвездии Золотая Рыба, Малое Магелланово Облако — в созвездии Тукан, и с территории России они никогда не видны.

Ближайшей крупной по размерам галактикой, похожей на нашу, считается спиральная галактика Туманность Андромеды (рис. 3. 23). Она находится на расстоянии примерно 2, 5 млн световых лет от нас. Расстояние между нашей Галактикой и Туманностью Андромеды постепенно сокращается. Они приближаются друг к другу со скоростью примерно 100…140 км/с, но встретятся только через 4 млрд лет.

Рис. 3. 23. Туманность Андромеды — ближайшая спиральная галактика

Невероятно тусклое скопление 1 тыс. звезд, которое вращается вокруг Млечного Пути, — самая легкая по массе галактика из когда-либо открытых. Эта карликовая галактика была обнаружена в созвездии Овна в 2007 г. и получила название Segue 2. Ее материал удерживается вместе благодаря небольшому скоплению темной материи. Эта галактика всего в 900 раз ярче Солнца, когда как (для сравнения) Млечный Путь в 20 млрд раз ярче нашей звезды.

Галактики очень отличаются друг от друга размерами, формой, светимостью, числом входящих в них звезд. Для обозначения галактик используются разные каталоги, например каталог Мессье (М) и Новый общий каталог (New General Catalogue of Nebulae and Clusters of Stars — NGC), в которых одни и те же галактики имеют разные номера. В 1926 г. американский астроном Э. Хаббл предложил свою классификацию галактик, в которой он разделил их на три основных типа: эллиптические (E), спиральные (S) и неправильные (Ir) (рис. 3. 24). В современной классификации к ним добавили линзовидные (S0). Различные типы галактик расположены таким образом, что содержание пыли и молодых звезд увеличивается слева направо.

Рис. 3. 24. Классификация галактик Э. Хаббла

Эллиптические галактики — класс галактик с четко выраженной сферической структурой и уменьшающейся к краям яркостью (рис. 3. 25).

Рис. 3. 25. Эллиптическая галактика М87 в созвездии Девы

Во Вселенной именно эллиптические галактики являются самыми большими. Они сравнительно медленно вращаются, заметное вращение наблюдается только у галактик со значительным сжатием. В связи с этим они подразделены на восемь подклассов — от Е0 (шаровая форма, сжатие отсутствует) до Е7 (наибольшее сжатие). Эллиптические галактики состоят в основном из старых красных и желтых гигантов, красных, желтых и белых карликов. Образование звезд в галактиках этого типа не идет уже несколько миллиардов лет, потому что холодного газа и космической пыли в них почти нет. В центре эллиптических галактик находится сверхмассивная черная дыра.

Спиральные галактики — галактики, имеющие спиральную структуру.

Примерно половина всех наблюдаемых галактик имеет спиральную структуру. К спиральным галактикам относятся Млечный Путь и Туманность Андромеды. Все спиральные галактики вращаются со значительными скоростями, поэтому звезды, пыль и газы сосредоточены у них в узком диске (рис. 3. 26). Пылевая материя видна как темные полосы на непрерывном фоне звезд галактики. Обилие газовых и пылевых облаков и присутствие ярких голубых гигантов говорят об активных процессах звездообразования, происходящих в спиральных рукавах этих галактик. Центральная выпуклость по центру спиральной галактики содержит старые звезды, подобно эллиптической галактике. В самом центре практически всегда присутствует огромная черная дыра, масса которой соответствует миллионам масс Солнца. Диск спиральных галактик погружен в разреженное слабосветящееся облако звезд — гало, которое содержит шаровые скопления старых звезд.

Рис. 3. 26. Спиральная галактика Сомбреро в созвездии Дева

Различают два типа спиральных галактик:

Sa, Sb, Sc, Sd — спиральные галактики, состоящие из балджа (сферическое утолщение в центре галактики) и внешнего диска, содержащего рукава (рис. 3. 27). Буква в обозначении галактики показывает, насколько плотно расположены рукава;
SBa, SBb, SBc, SBd — спиральные галактики с яркой перемычкой (баром), пересекающей центральный балдж, от которого отходят рукава (рис. 3. 28). Наша Галактика также относится к спиральным галактикам с перемычкой.

Рис. 3. 27. Спиральная галактика Вертушка Рис. 3. 28. Спиральная галактика с перемычкой в созвездии Эридан

В классификации Хаббла присутствует еще один тип галактик — S0, промежуточный тип между E7 и спиральными Sa.

Линзообразные галактики — галактики, которые отличаются от эллиптических галактик, поскольку имеют выпуклость и тонкий диск, но не похожи на Sa, потому что не имеют спиральной структуры (рис. 3. 29).

Рис. 3. 29. Веретено — линзообразная галактика в созвездии Дракон

Активное звездообразование в этих галактиках не идет, так как межзвездного вещества почти нет.

Неправильные галактики — галактики, которые не обнаруживают ни спиральной, ни эллиптической структуры.

Такие галактики имеют хаотичную форму без ярко выраженного ядра и спиральных ветвей (рис. 3. 30 и 3. 31). Неправильные галактики содержат много газа (в основном нейтрального водорода) — до 50% их общей массы — и имеют низкую светимость. Они составляют примерно четверть от наблюдаемых галактик.

Рис. 3. 30. Неправильная галактика NGC 1427A в созвездии Эридан Рис. 3. 31. Неправильная галактика NGC 4449 в созвездии Гончие Псы

В прошлом считалось, что Большое и Малое Магеллановы Облака относятся к неправильным галактикам. Однако позже было обнаружено, что они имеют спиральную структуру с баром.

Активные ядра галактик. Центральная часть любой галактики — ее ядро, которое всегда отличается своей яркостью.

Галактики с активными ядрами — галактики, в ядрах которых происходит колоссальное выделение энергии, не объяснимое излучением или взрывами обычных звезд.

Формы проявления активности ядер галактик различны. Большое количество энергии может выделяться в инфракрасной, видимой или рентгеновской области спектра. Причем мощность излучения меняется за сравнительно небольшое время: от нескольких дней до нескольких лет. При этом в ядре может наблюдаться движение газа со скоростью около 1000 км/с. Иногда газ образует длинные прямолинейные газовые струи — джеты (рис. 3. 32). Мощные потоки электронов и протонов высокой энергии движутся из ядра в противоположных направлениях, создавая радиоизлучение. Наиболее вероятная гипотеза, объясняющая активность ядер, предполагает наличие массивной черной дыры в центре галактики.

Рис. 3. 32. Активное ядро галактики, выбрасывающее газовые струи, — джеты

Один из типов наблюдаемых галактик с активными ядрами — радиогалактики (рис. 3. 33 и 3. 34). Они обладают мощным радиоизлучением, превосходящим их излучение в оптическом (видимом) диапазоне.

Рис. 3. 33. Гигантская эллиптическая радиогалактика NGC 1316 в созвездии Печь Рис. 3. 34. Линзовидная радиогалактика Центавр A (NGC 5128) в созвездии Центавр

В начале 60-х гг. ХХ в. ученые открыли самые мощные источники видимого и инфракрасного излучения во Вселенной — квазары.

Квазары — очень компактные и в то же время очень яркие объекты, излучающие энергии в десятки раз больше, чем крупные галактики (рис. 3. 35).

Рис. 3. 35. Квазар, окруженный диском газа

Название «квазар» (quasar) — сокращение употреблявшегося ранее термина «звездообразный радиоисточник» (quasi-stellar radio source), хотя теперь известно, что многие квазары не очень активны в радиодиапазоне.

Квазары являются самыми отдаленными объектами в известной нам Вселенной. Это удалось определить по значительному смещению спектральных линий в их спектрах в красную область, означающему, что квазары удаляются от нас с огромной скоростью.

Взаимодействующие галактики. Между близкорасположенными галактиками астрономы иногда наблюдают полоску светящейся материи, состоящей из газа и горячих молодых звезд.

Взаимодействующие галактики — галактики, взаимная гравитация которых благодаря соседству влияет на форму галактик, движение вещества и звезд, процессы звездообразования и обмен веществом между ними (рис. 3. 36 и 3. 37).

Рис. 3. 36. Группа взаимодействующих галактик в созвездии Андромеда, находящаяся на расстоянии 300 млн световых лет от Земли Рис. 3. 37. Взаимодействующие галактики Мышки

Удивительное изображение двух сталкивающихся галактик было получено с помощью космического телескопа «Хаббл». Две галактики напоминают пингвина, который склонился над яйцом. Обе эти галактики расположены в районе созвездия Гидра на расстоянии 326 млн световых лет от Земли.

Часто встречается взаимодействие крупной дисковой галактики с небольшим спутником. Гравитация спутника может деформировать форму диска и нарушить структуру спиральных ветвей. Большая галактика в свою очередь может притянуть часть вещества спутника. Галактика Водоворот (М51), наблюдаемая на фоне созвездия Гончие Псы (рис. 3. 38), состоит из большой спиральной галактики, на конце одного из рукавов которой находится галактика-спутник. Галактика расположена на расстоянии 23 млн световых лет.

Рис. 3. 38. Галактика Водоворот (M51) и ее спутник NGC 5195

Иногда встречаются целые группы взаимодействующих галактик. Квинтет Стефана — группа из пяти галактик в созвездии Пегаса, четыре из которых взаимодействуют друг с другом (рис. 3. 39). Взаимодействующие галактики имеют желтоватую окраску, искривленные петли и хвосты, форма которых обусловлена влиянием разрушительных приливных гравитационных сил. Голубоватая галактика, расположенная на рис. 3. 39 вверху слева, находится гораздо ближе остальных, всего в 40 млн световых лет от нас, и не является членом взаимодействующей группы.

Рис. 3. 39. Квинтет Стефана — группа из четырех взаимодействующих галактик

Наша Галактика тоже является взаимодействующей. В настоящий момент она поглощает карликовую эллиптическую галактику, находящуюся на противоположной от нас стороне галактического диска. Через несколько миллиардов лет наша Галактика поглотит Магеллановы Облака, а через 4 млрд лет столкнется с Туманностью Андромеды. При этом вероятность того, что будут сталкиваться отдельные звезды, очень мала, так как они удалены одна от другой на расстояния, в сотни миллионов раз превышающие их диаметр. Предполагается, что около 2 млрд лет назад уже происходило столкновение Млечного Пути с другой галактикой.

Резюме. Галактики — гигантские гравитационно-связанные системы звезд и межзвездного вещества, расположенные за пределами Млечного Пути. По внешнему виду и структуре галактики классифицируются на эллиптические, спиральные, неправильные и линзовидные. Квазары — самые мощные по электромагнитному излучению объекты во Вселенной, они считаются активными ядрами далеких галактик. Астрономические наблюдения подтверждают, что взаимодействие и столкновения галактик представляют собой довольно распространенное явление во Вселенной.

Контрольные вопросы

1. К какому типу относится наша Галактика?

2. Как называется ближайшая спиральная галактика?

3. На какие типы можно разделить галактики? В чем их особенности?

4. Что называется активными ядрами галактик?

5. Каковы особенности излучения радиогалактик и квазаров?

6. Какие явления наблюдаются при взаимодействии галактик?

7. К чему может привести столкновение галактик друг с другом?

Задание для самостоятельной работы

Заполните таблицу.

Классификация космических систем по основным физическим характеристикам
Космические системы (тип, класс и группа)	Масса, кг	Размеры, м	Светимость, Дж/с	Состав	Пример, фото
Активные галактики
Нормальные галактики:
неправильные
линзовые
Спиральные
эллиптические
Галактические системы:
взаимодействующие галактики
группы галактик
скопления галактик
сверхскопления галактик

Темы докладов

1. Наша Галактика.

2. Происхождение и эволюция галактик.

3. Взаимодействующие галактики.