Разнообразие галактик

Некоторые туманности, при измерении  скорости их движения с помощью эффекта Доплера, оказывались очень непохожими на все прочие. Они двигались со скоростями на порядок б'ольшими, чем все типы туманностей, о которых упомянуто в конце предыдущей страницы. Однажды, исследуя одну из них - Туманность Андромеды - Эдвин Хаббл смог ее разрешить на отдельные звезды и доказать, что она является гигантским их скоплением, не уступающим по масштабу Млечному Пути.Оказалось, что существуют звездные системы, подобные Галактике! Теперь известно, что они удалены на миллионы и миллиарды световых лет, их число измеряется многими миллиардами, а разнообразие поражает разум. Такие туманности, не мудрствуя лукаво, назвали галактиками. С маленькой буквы.

Итак, галактик очень много. Состоят они из миллиардов звезд, газа, пыли. Но все ли галактики одинаковы, спрашивали себя и друг друга астрономы? Выяснилось, что это далеко не так. Кроме того, что галактики бывают разные по размерам, массе (что почти означает по числу звезд), они еще и существенно отличаются по внешнему виду. С него и начнем.

Галактики сильно разнятся по своим очертаниям. Настолько, что точной их классификации на сегодня еще нет. Несколько десятилетий назад одна попытка создать ее была предпринята Э. Хабблом, естественно, для галактик, которые он наблюдал. Так или иначе, но описанные Хабблом типы галактик являются самыми распространенными среди попадающихся нам во Вселенной. Поэтому поговорим о хаббловских типах галактик, считая, что охватим значительную их часть. Как Вы увидите, система Хаббла весьма удобна.

Все галактики делятся на три больших типа: эллиптические, спиральные и неправильные. Неправильные в смысле внешнего вида, конечно.
 

К спиральным галактикам относятся как Млечный Путь, так и Туманность Андромеды, о которых уже было сказано. Представьте себе большой рой звезд в виде плотного шара или эллипсоида, от которого отходят несколько закрученных вокруг него звездных хвостов - спиральных рукавов. Все звезды в такой галактике вращаются вокруг ее центра (ядра) против направления закручивания такой спирали. Иными словами, спиральная галактика - своеобразный вихрь из звезд.

Эллиптические галактики, в среднем, массивнее спиральных. А форма у них полностью отвечает названию: эллипсоидальная или сферическая. Весь этот правильный объем заполнен звездами, плотность населения которых к центру галактики возрастает.

Неправильные галактики, в среднем, самые немассивные и к правильности очертаний не тяготят. Своеобразные, на вид, недоделанные спиральные галактики, испорченные эллиптические,  или просто безобразного или очаровательного вида (по вкусу) клочки.

Классификация типов галактик

Выраженность и форма спиралей в спиральных галактиках и вытянутость эллиптических отражена Хабблом в виде названного его именем камертона, который Вы видите на рисунке. Хаббл считал, что галактики рождаются шарообразными, потом они все вытягиваются, превращались в спиральные, а те, в свою очередь, постепенно переходят в неправильные. То есть, Хаббл предложил как бы жизненную цепочку для галактик. Но основываясь на том, что, во-первых, в эллиптических галактиках не наблюдается газопылевых облаков, из которых бы могли образовываться молодые звезды, а во-вторых, на том, что во всех трех типах галактик есть старые звезды, что тоже не вписывается в изложенную идею, мы можем говорить о несостоятельности этой теории. Теперь камертон Хаббла используют лишь для описания внешнего вида звездных систем, но никак для отображения их жизни.

Спиральные галактики обозначаются буквой S и имеют буквенный индекс: a, b или c, в зависимости от степени закрученности спиральных ветвей. Кроме того, спиральные галактики делятся на нормальные и пересеченные (или "с баром"). У последних спиральные ветви начинаются не у ядра, а у концов своеобразной перемычки проходящей через ядро. В обозначении галактик с перемычкой к символу S добавляется еще и буква b (Sb или SB).

Неправильные галактики обозначают сокращением от английского варианта этого понятия: Ir (Irregular). Они тоже делятся на два типа по своему звездному и газовому составу. У галактик типа IrII нет звездных скоплений и большого количества межзвездного газа. Зато все это присутствует у галактик типа IrI. Перейдем плавно и к составу других галактик.

Состав галактик 

Эллиптические галактики состоят из старых звезд. Много в них белых карликов и красных гигантов, "пожилых" желтых звезд. Признаков звездообразования в них не наблюдается, как и значительного количества межзвездного вещества. Это класс галактик, к числу которых сегодня относят и самые маленькие (~100 000 звезд) и самые большие (до триллиона и более звезд).

Спиральные галактики содержат много межзвездной материи: пыли и газа. Все это скапливается в спиральных рукавах, как и молодые голубые звезды. Здесь же, в спиральных рукавах, идет бурный процесс звездообразования. В ядрах спиральных галактик содержатся старые звезды. Плотность размещения звезд там очень высока, а межзвездного вещества значительно меньше, чем в спиральных рукавах. Ядро окружает множество шаровых скоплений и отдельных старых звезд, число которых при удалении от центра быстро падает. Это так называемая сферическая составляющая спиральных галактик. Спиральные же рукава и межзвездные пыль и газ относятся к плоской составляющей. Действительно, при диаметре нашей Галактики в 100 000 световых лет толщина плоскости спиральных рукавов составляет всего около 2 000. У спиральных галактик, повернутых к нам боком, на фоне сияния звезд видна темная полоса - скопления темных газопылевых облаков.

Разные типы звезд в галактиках иногда называют звездным населением. Населением первого типа (НI)называют звезды спиральных рукавов или молодые звезды неправильных галактик. Эти звезды погружены в газ и пыль, в которых идет звездообразование. В состав звезд и облаков уже входят более тяжелые элементы, чем водород и гелий. Звезды населения первого типа - это звезды второго поколения. Населением второго типа (HII) называют старые звезды, состоящие только из водорода и гелия. Они "проживают" в тех районах, где мало газа и пыли: в центральных частях спиральных галактик, в шаровых скоплениях, эллиптических галактиках. 

Движение звезд в галактике

Все звезды в галактиках движутся согласно природе тяготения небесных тел: Земля вращается вокруг Солнца, Луна - вокруг Земли. А Солнце совершает свой путь вокруг ядра Галактики. Но звезды сильно взаимодействуют не только с ядром, но и друг с другом. Поэтому движение их не укладывается в рамки того, что привычно для Солнечной системы. В Солнечной системе почти вся масса сосредоточена в Солнце, а в галактиках она так или иначе разбросана по всему их объему. Движение вокруг ядра осуществляется лишь потому, что ядро - наиболее плотное образование в звездной системе, здесь содержится, все же, значительная часть ее массы. Многие галактики должно окружать так называемое темное вещество, заполняющее сферы разного диаметра, в зависимости от размера галактики (порядка 300 000 световых лет для нашей звездной системы). Этот последний вывод делается на основании изучения движения звезд в галактиках: оно происходит так, будто немалая часть массы галактики содержится во внешней  ее части, называемой иногда короной. Чтобы оправдать такое движение, массы видимого вещества в сферической части галактик (звезд, шаровых скоплений) не достаточно, даже на целый порядок меньше, чем надо. К предполагаемому темному веществу можно отнести черные дыры, коричневые карлики - "отходы"  звездообразования. Есть и другие гипотезы.

Необычные галактики

Среди галактик есть такие, которые в одном или нескольких диапазонах длин волн излучают гораздо больше энергии, чем это полагается обычной галактике. Такие необычные объекты называют активными галактиками. В зависимости от способа проявления своей активности, активные галактики делятся на несколько типов.

Сейфертовы галактики являются спиральными. У них яркое небольшое ядро и часто еле заметные спиральные рукава. Эти галактики сильно излучают в инфракрасной области спектра.  Иногда их ядро также выделяется и радиоактивностью.

Радиогалактиками называют звездные системы, активные в радиолучах. Области радиоизлучения в таких галактиках расположены симметрично на противоположных их окраинах, уже за границами оптического изображения.

Галактики с чрезвычайно яркими ядрами иногда называют N-галактиками, а галактики, ядра которых могут менять свою яркость - блазарами.

Обычными ядерными реакциями нельзя объяснить выделения того количества энергии, которое излучают некоторые активные галактики. Единственным известным механизмом, которым можно оправдать эту активность, является аккреция вещества на сверхмассивные черные дыры,   расположенные в ядрах активных галактик. Иными словами, энергия активных галактик - это высвобожденная энергия гравитации галактических ядер.

На сто спиральных галактик приходится одна сейфертова. Лишь одна десятитысячная доля процента всех звездных систем - радиогалактики. Наша же Галактика не является активной. Уже в который раз упомянув о ней, мы не можем теперь не рассказать о нашем звездном доме поподробнее.