Типы галактик

Типы галактик

Впервые классификацию галактик предложил Э. Хаббл. По этой классификации  галактики объединяются в пять основных типов: эллиптические (E), линзообразные (SO), обычные спиральные (S), пересеченные спиральные (SB) и неправильные (Ir).

Каждый тип галактик подразделяется на несколько подтипов, или подклассов.

Эллиптические галактики  сравнительно медленно вращаются, заметное вращение наблюдается только у галактик со значительным сжатием. Они имеют  вид эллипсов различного сжатия, подразделены на восемь подклассов.

Отсутствие в этих галактиках газа и пыли и голубовато-белых  массивных звезд указывает на то, что в них не идет процесс  звездообразования.

Каждая спиральная галактика  имеет центральное сгущение и  несколько спиральных ветвей, или  рукавов. У обычных спиральных галактик типа S ветви отходят непосредственно  от центрального сгущения, а у пересеченных спиральных галактик типа SB — от перемычки, пересекающей центральное сгущение. Отсюда возник символ SB, обозначающий спираль (S) и перемычку, или бар (B) (англ. Bar — полоса, -перемычка). В зависимости от развития ветвей и их размеров относительно центрального сгущения галактики подразделяются на подклассы Sa, Sb и Sc (соответственно, на SВа, SBb и SBc). У галактик Sa и SBа основное число звезд сосредоточено в центральном сгущении, а спиральные ветви слабо выражены. У галактик Sb и SBb ветви достаточно развиты. В галактиках SB и SBc основное число звезд содержится в сильно развитых и часто разбросанных ветвях, а центральное сгущение имеет небольшие размеры. Так, галактика М31 в созвездии Андромеды принадлежит к типу Sb а галактика МЗЗ в созвездии Треугольника — к типу Sс. Наша Галактика похожа на Туманность Андромеды н тоже относится к тину Sb.

Спиральные галактики  имеют рукава голубоватых цветов, так как в них присутствует много молодых гигантских массивных  звезд спектральных классов О и В. Эти звезды возбуждают свечение диффузных газовых туманностей, разбросанных вместе с пылевыми облаками вдоль спиральных ветвей.

Цвет сгущений спиральных галактик — красновато-жёлтый, свидетельствующий  о том, что они состоят в  основном из звезд спектральных классов G, K, и M.

Все спиральные галактики  вращаются со значительными скоростями, поэтому звезды, пыль и газы сосредоточены  у них в узкой области в  виде диска. Обилие газовых и пылевых  облаков и присутствие ярких  голубых гигантов спектральных классов О и В говорит об активных процессах звездообразования, происходящих в спиральных рукавах этих галактик.

Промежуточными между E-галактиками  и S-галактиками являются линзообразные  галактики типа SO. У них центральное  сгущение сильно сжато и похоже на линзу, а ветви отсутствуют.

Неправильные галактики  получили обозначение Ir (англ. irregular — неправильные, беспорядочные) за отсутствие правильной структуры. Характерными представителями таких галактик является Большое Магелланово Облако и Малое Магелланово Облако. Они находятся в южном полушарии неба вблизи Млечного Пути, хорошо видны невооруженным глазом в виде туманных пятен.

Строение  галактик

Галактики бывают трех типов: спиралевидные, эллиптические и  неправильной формы. У спиралевидных  галактик хорошо выражен диск, рукава и гало. В центре находится плотное  скопление звезд и межзвездного вещества, а в самом центре –  чёрная дыра. Рукава в спиралевидных  галактиках отходят от их центра и  закручены вправо или влево в  зависимости от вращения ядра и чёрной дыры (точнее, сверхплотного тела) в  его центре. В центре галактического диска находится сферическое  уплотнение, называемое балджем. Число ветвей (рукавов) может быть различно: 1, 2, 3,… но чаще всего встречаются галактики только с двумя ветвями. В галактиках в гало входят звезды и очень разреженное газообразное вещество, не входящее в спирали и в диск.

Мы живем в спиральной галактике, которая называется Млечный  Путь, и в ясную погоду наша Галактика  хорошо видна на ночном небе в виде широкой беловатой полосы, пересекающей небосвод. Нам наша Галактика видна  в профиль.

Шаровые скопления в центре галактик практически не зависят  от положения диска галактики. Рукава галактик содержат сравнительно малую  часть всех звезд, но зато в них  сосредоточены почти все горячие  звезды высокой светимости. Звезды этого типа астрономы считают  молодыми, поэтому спиральные ветви  галактик можно считать местом образования  звезд.

Эллиптические галактики  часто встречаются в плотных  скоплениях спиралевидных галактик. Они имеют форму эллипсоида или  шара, причем шаровидные обычно бывают больше элипсоидных. Скорость вращения эллипсоидных галактик меньше, чем у спиралевидных, потому диск у них не сформирован. Такие галактики обычно насыщены шаровидными скоплениями звезд. Эллиптические галактики, как считают астрономы, состоят из старых звёзд и практически полностью лишены газа. В их старости я, однако, сильно сомневаюсь. Почему? Расскажу об этом позже.

Галактики неправильной формы  обычно имеют небольшую массу  и объем, в них входит немного  звезд. Как правило, они являются спутниками спиралевидных галактик. В них обычно очень мало шаровых  скоплений звезд. Примерами таких  галактик являются спутники Млечного Пути – Большое и Малое Магеллановы  облака. Но среди неправильных галактик встречаются и малые эллиптические  галактики.

В центре почти каждой галактики  находится очень массивное тело – чёрная дыра – с такой мощной гравитацией, что его плотность  равна или больше плотности ядер атомов. По сути, каждая чёрная дыра –  это в пространстве небольшое, а  по массе просто чудовищное, бешено вращающееся ядро. Название "чёрная дыра" явно неудачное, так как  никакая это не дыра, а очень  плотное тело с мощной гравитацией  – такой, что даже легкие фотоны не могут из него вырваться. И когда чёрная дыра накапливает в себе чересчур большую массу и кинетическую энергию вращения, в ней нарушается равновесие массы и кинетической энергии, и тогда она исторгает из себя фрагменты, которые (самые массивные) становятся малыми чёрными дырами второго порядка, фрагменты поменьше – будущими звездами, когда соберут на себя большие водородные атмосферы из галактических облаков, а фрагменты мелкие станут планетами, когда собранного водорода не хватит для начала термоядерного синтеза. Думаю, что галактики образуются из массивных чёрных дыр, мало того, в галактиках совершается космический круговорот вещества и энергии. В начале чёрная дыра поглощает вещество, рассеянное в Метагалактике: в это время, благодаря своей гравитации, она действует как "пылегазосос". Вокруг чёрной дыры концентрируется водород, рассеянный в Метагалактике, при этом образуется шарообразное скопление газа и пыли. Вращение чёрной дыры увлекает газ и пыль, отчего шарообразное облако сплющивается, в нем образуются центральное ядро и рукава.

Накопив критическую массу, чёрная дыра в центре газо-пылевого облака начинает выбрасывать фрагменты (фрагментоиды), которые отрываются от нее с большим ускорением, достаточным, чтобы быть выброшенными на круговую орбиту вокруг центральной чёрноё дыры. На орбите, взаимодействуя с газо-пылевыми облаками, эти фрагментоиды гравитационно захватывают газ и пыль. Крупные фрагментоиды становятся звездами.

Чёрные дыры своей гравитацией  затягивают в себя космическую пыль и газ, которые, падая на такие  дыры, сильно раскаляются и излучают в рентгеновском диапазоне. Когда  вещества вокруг чёрной дыры становится мало, ее свечение резко уменьшается. Поэтому в некоторых галактиках в центре видно яркое свечение, а в других нет. Чёрные дыры подобны  космическим «убийцам»: их гравитация притягивает даже фотоны и радио волны, отчего сама чёрная дыра не излучает и выглядит как абсолютно чёрное тело.

Но, вероятно, периодически гравитационное равновесие внутри чёрных дыр нарушается, и они начинают извергать сгустки  сверхплотного вещества, обладающие сильной гравитацией, под воздействием которой эти сгустки принимают  шарообразную форму и начинают притягивать  пыль и газ из окружающего пространства. Из захваченного вещества на этих телах  формируются твердые, жидкие и газообразные оболочки. Чем массивнее был извергнутый  чёрной дырой сгусток сверхплотного  вещества (фрагментоид), тем больше он соберет на себя пыли и газа из окружающего пространства (если, конечно, это вещество в окружающем пространстве имеется).

Звездное  население галактик

Населения звёздные - типы звёздного состава галактик; звёзды подразделяют на Н. з. по ряду характерных признаков: пространств. распределению, особенностям движения, положению на диаграмме Герцшпрунга-Ресселла (д. Г.-Р.). К Н. з. первого типа (населению I) относят объекты, образующие плоскую подсистему галактик и наиболее часто встречающиеся в спиральных ветвях: звёзды спектр. классов О и В, сверхгиганты, цефеиды, звёзды молодых скоплений. К населению II принадлежат звёзды эллиптич. галактик, а в нашей Галактике - объекты с примерно сферически-симметричным распределением и большими (относительно Солнца) пространств. скоростями, в т.ч. субкарлики, переменные звёзды типа RR Лиры, шаровые звёздные скопления. На рис. приведены схематические д. Г.-Р. двух типов звёздного населения Галактики.

 Впервые понятие о  Н. з. ввёл в 40-х гг. 20 в.  нем. астроном В. Бааде, основываясь на том, что д. Г.-Р. для звёзд в ядрах спиральных галактик радикально отличается от д. Г.-Р. для звёзд в окрестностях Солнца и напоминает д. Г.-Р. звёзд шаровых скоплений.

 Деление на типы  населения (по В. Бааде), как оказалось впоследствии, хорошо согласуется с разделением звезд по др. признакам - кинематике, хим. составу и возрасту. Исследования Галактики показывают, что объекты населения I быстро вращаются вокруг её центра.

    Дисперсия скоростей звёзд, относящихся к населению I, составляет 10-15 км/с, она невелика по сравнению со скоростью их движения вокруг галактич. центра (250 км/с на расстоянии Солнца от центра Галактики). Население II, наоборот, характеризуется медленным вращением и большой дисперсией скоростей (75 км/с). Ср. металличность (содержание по массе элементов тяжелее гелия, обозначаемое Z) звёзд населения I близка к солнечной (Z = 0,02), в то время как у звёзд населения II металличность в среднем на два порядка ниже. Население II явл. старым населением Галактики, возраст принадлежащих к нему звёзд 10 млрд. лет. Население I моложе, в нём не встречаются звёзды старше 10 млрд. лет и в то же время наблюдаются очень молодые образования - звёздные ассоциации, O-звёзды с возрастом ~ 106 лет.

Разделение населения  галактик на два типа довольно условно. В действительности каждое из населений  состоит из неск. компонентов, имеющих свои характерные особенности. Так, различают молодое, промежуточное и старое населения I, экстремальное и промежуточное населения II.

 По совр. представлениям, существование в Галактике неск. населений обусловлено её эволюцией: население II образовалось, по-видимому, на ранней фазе развития Галактики - в сферической, медленно вращающейся и сжимающейся протогалактике. Сжатие протогалактики и диссипация энергии её газового гало привели к формированию быстровращающегося газово-пылевого диска, в к-ром затем образовались звёзды населения I. В диске Галактики звездообразование продолжается.

Эволюция  галактик

Детально разработанной  теории возникновения и эволюции галактик" пока нет. Однако основные представления об этом процессе вырисовываются все отчетливее.

Образование галактик рассматривают  как естественный этап эволюции горячей  Вселенной. По-видимому, более 15 млрд лет назад в первичном веществе благодаря гравитационной неустойчивости началось обособление протоскоплений с характерными массами порядка 1016МСолнца. В протоскоплениях в ходе разнообразных динамических процессов происходило выделение групп протогалактик. Дальнейшая эволюция протогалактик определялась их собственным гравитационным полем и гравитацией протоскопления. Многообразие форм галактик связано с разнообразием начальных условий образования протогалактик. Например, если галактика возникла из быстро вращающейся протогалактики, то быть ей спиральной, .если из медленно вращающейся - то эллиптической.

Сжатие протогалактики длится около 3 млрд лет. За это время происходит превращение газового облака в звездную систему. Дальнейшая эволюция галактики определяется комплексом процессов: эволюция звезд, химическая эволюция, структурно-динамическая эволюция звездной системы. Звезды образуются путем гравитационного сжатия облаков газа. Когда в центре сжатого облака достигаются плотности и температуры, достаточные для эффективного протекания термоядерных реакций, рождается звезда. В недрах массивных звезд происходит термоядерный синтез химических элементов тяжелее гелия. Эти элементы попадают в первичную водородно-гелиевую среду при взрывах звезд или при спокойном истечении вещества со звезд (звездный ветер). Элементы тяжелее железа образуются при грандиозных взрывах сверхновых звезд. Таким образом, звезды первого поколения обогащают первичный газ химическими элементами, тяжелее гелия. Эти звезды наиболее старые и состоят из водорода, гелия и очень малой примеси тяжелых элементов. В звездах второго поколения примесь тяжелых элементов более заметная, так как они образуются из уже обогащенного тяжелыми элементами первичного газа.

Процесс рождения звезд идет при продолжающемся сжатии протогалактики, поэтому формирование звезд происходит все ближе к центру системы, и чем ближе к центру, тем больше должно быть в звездах тяжелых элементов. Этот вывод хорошо согласуется с данными о содержании химических элементов в звездах гало нашей Галактики и эллиптических галактик. Во вращающейся протогалактике звезды будущего гало образуются на более ранней стадии сжатия, когда вращение еще не повлияло на общую форму протогалактики. Реликтами этой эпохи в нашей Галактике являются шаровые звездные скопления. Своим положением они как бы очерчивают первоначальную почти сферическую форму молодой Галактики.