Что такое эллипс во вселенной

Эллиптические галактики

Эллиптические галактики – наиболее распространенные галактики. Но, так как они населены древними и тусклыми звездами, могут затмеваться более молодыми и яркими скоплениями. Здесь вы не найдете закрученные рукава, как у спиральных. Перед вами эллипс (удлиненный круг).

Классификация и характеристика

Система распределения галактических типов появилась в 1926 году благодаря Эдвину Хабблу – «камертон Хаббла». Согласно ей, все галактики классифицируют по форме. У эллиптических есть свои подвиды, которые отличаются протяжностью. Е0 – почти идеальные круги, а Е7 – скорее длиннее, чем шире. Не забывайте также, что галактика может поворачиваться к нам лицом или стороной, от чего вызывает путаницу у новичков.

Это эллиптическая галактика NGC 1316 (созвездие Печь), удаленная на 62 миллиона световых лет. Может пребывать на ранней стадии слияния с меньшим спутником (декабрь 2003).

Эллиптический отличаются богатым диапазоном размеров. Самые маленькие галактики (карликовые эллиптические) достигают меньше 10% размера Млечного Пути, а по массе лишь в 10 миллионов раз больше солнечной. Но некоторые могут охватывать в ширине больше миллиона световых лет и содержать более 10 триллионов звезд. Здесь стоит упомянуть Мессье 87 (Е0) – одна из самых больших эллиптических галактик. Не так давно был найден и призер по размеру – IC 1101. Она в 50 раз крупнее нашей и в 2000 раз массивнее.

Ученые полагали, что спиральных галактик больше. Но дело лишь в том, что они быстрее и проще находятся. В спиральных сосредоточены молодые звезды и много областей звездообразования. А вот эллиптические скорее мертвые. В них мало пыли и газа, а значит, новые звезды не могут формироваться. Вместо этого присутствуют старые красные звезды.

Но, если было найдено меньше эллиптических галактик, тогда почему ученые говорят, что они доминируют? С продвижением технологий нам удается смотреть глубже в пространство, где и расположены эллиптические галактики. Поэтому подсчеты производятся с учетом полноценного размера Вселенной.

Гигантская эллиптическая галактика Центавр А показывает двойственность, так как в ядре скрывается газовая спираль. 3000 миллионов лет назад она столкнулась со спиральной галактикой, из-за чего внутри большей сформировалась новая спираль.

История и формирование

Из-за небольшого содержания газа и наполненности старыми звездами, исследователи думают, что эллиптические галактики представляют собою конец эволюционной линии. Галактики сталкиваются очень часто. Например, Млечный Путь ждет та же участь, когда он сольется с Андромедой через несколько миллиардов лет. В момент удара привычная форма спиральных теряется, и они превращаются в спиральные.

В центрах древних галактик находятся сверхмассивные черные дыры. Они поглощают много газа и пыли и могут быть причиной замедления роста эллиптических. Созданные столкновением появляются чаще ближе к скоплениям или галактическим группам. Намного меньше таких случаев можно найти в ранней Вселенной. Смотрите видео про галактики, чтобы узнать больше о галактическом развитии, эволюции, рождении звезд и трансформации в эллиптический тип.

Источник

Эллиптические галактики

Их контуры имеют форму эллипса. Если на диаграм­ме Хабла по ее «ручке» двигаться слева направо, то сперва эллиптические галактики будут совершенно круглыми, а по мере продвижения вправо сжатие будет возрастать. Астрономы условились для краткости обоз­начать эллиптические галактики буквой Е и рядом с ней писать цифру, выражающую сжатие. Так, ЕО, E1, Е2 и так далее обозначают эллиптические галактики с посте­пенно увеличивающимся сжатием. ЕО соответствует от­сутствию сжатия. Самое большое сжатие обозначается цифрой 7 и соответствует случаю, когда малый диаметр или малая ось галактики в четыре раза короче большого диаметра или большой оси. Более сжатых эллиптических галактик астрономам пока обнаружить не удалось.

У галактик типа Е7 есть одна очень интересная осо­бенность: противоположные концы их большой оси как бы заострены. А вдоль самой оси проходит темная по­лоса, делающая галактику похожей на устричную рако­вину с приоткрытыми створками. Чем объясняется эта особенность сильно сжатых галактик, мы узнаем немного позже.

От галактик других типов эллиптические галактики отличаются не только формой, но и простым внутренним строением, однородностью. Звезды в этих галактиках рас­пределены очень равномерно, не образуя никаких внут­ренних уплотнений (рис. 1). Даже центрального ядра почти не замечается. Яркость в разных точках эллиптиче­ских галактик тоже примерно одинакова.

Исследования эллиптических галактик показали, что все они вращаются вокруг своих малых осей, причем угловая скорость вращения одинакова на всех расстоя­ниях от оси. Иначе говоря, эллиптические галактики в отличие от спиральных вращаются так же, как и твер­дые тела, например колесо или жернов. В твердых телах частицы расположены очень близко друг к другу. По­этому между ними действуют огромные силы сцепления, которые связывают все частицы друг с другом и являют­ся причиной того, что при вращении одни части тела увлекают за собой другие. А как же увлекают друг друга звезды в эллиптических галактиках? Ведь они находятся на огромных расстояниях друг от друга!

Что же заменяет силы сцепления между звездами в эллиптических галактиках? Чем объясняется их неожи­данное вращение, условно называемое в науке «твер­дым»?

Дать ответ на эти вопросы — одна из главных задач, стоящих сейчас перед наукой о космосе. Важность реше­ния этой проблемы стала особенно очевидной после опубликования работ молодого советского ученого Ю. И. Ефремова. Он установил, что во Вселенной эллип­тических галактик во много раз больше, чем галактик всех остальных типов вместе взятых.

Как мы уже знаем, внутренние области спиральных галактик тоже обладают «твердым» вращением. Поэто­му следует искать какую-то общую причину, вызываю­щую такой характер вращения.

До сих пор речь шла о видимых очертаниях эллип­тических галактик. Но ведь даже круглая монета, если смотреть на нее не прямо сверху, а сбоку, кажется эллип­тической. Очевидно, видимые очертания большей части эллиптических галактик не совпадают с действительными. Вполне возможно, что многие из галактик, которые мы относим, например, к типу ЕЗ или Е4, на самом деле менее сжаты.

Как же определить действительную форму эллиптиче­ских галактик?

Если бы речь шла об одной-единственной галактике такого типа, то задача была бы неразрешимой. Ведь по очертанию предмета, видимого только с одной стороны, никак нельзя судить о его глубине и объеме. Одно и то же видимое изображение может быть у бесчисленного множества разных тел.

К счастью, эллиптических галактик на небе много, и поэтому оказалось все-таки возможным, хотя и косвен­ным путем, определить их истинную форму.

Несомненно, что наблюдаемые эллиптические галак­тики повернуты к нам разными сторонами. Но, несмотря на это, все они выглядят на фотографиях эллипсами. Следовательно, эллиптические галактики должны иметь вид тела, известного в науке под названием эллипсоида. Эллипсоид может иметь три разные по величине оси — большую 2а, среднюю 2в и малую 2с. Такой эллипсоид мы будем называть трехосным (рис. 2). В зависимости от того, в каком направлении мы смотрим на эллипсоид, его видимые (кажущиеся) размеры и формы меняются, но он всегда будет иметь вид эллипса, а не какой-либо иной фигуры.

Если же у эллипсоида средняя ось равна большой оси, то он называется двухосным. У таких эллипсоидов толь­ко две неравные оси: малая и большая. По форме двух­осные эллипсоиды напоминают приплюснутый резиновый мяч.

Известно, что наша Земля слегка сплюснута у полю­сов, имеет форму двухосного эллипсоида с небольшим сжатием и вращается вокруг малой оси. Поэтому наи­большая центробежная сила у нее оказывается в тех точ­ках поверхности, которые находятся дальше всего от оси вращения, то есть на экваторе. И если бы Земля враща­лась примерно в семнадцать раз быстрее, чем она вра­щается сейчас, и совершала бы полный оборот не за сут­ки, а за полтора часа, то центробежная сила на эква­торе уравновесила бы притяжение, и все тела на эква­торе стали бы невесомыми.

Так же вокруг малой оси вращаются и сильно сжатые эллиптические галактики, но их вращение настолько бы­строе, что центробежная сила на экваторе часто превос­ходит притяжение и поэтому вдоль экватора выбрасы­вается диффузное вещество. Темные полосы сильно сжа­тых галактик типа Е6, Е7 и есть выбрасываемая ими материя. Таким образом, по этим полосам можно с до­стоверностью судить не только о скорости вращения га­лактик, но и об их форме.

Бывают и вытянутые двухосные эллипсоиды. Если их средняя ось одинакова не с большой, а с малой осью, они оказываются вытянутыми, как ткацкое веретено. Эллип­тические галактики такой формы не бывают, но пере­мычки некоторых пересеченных спиральных галактик имеют подобную форму.

При равенстве всех трех осей эллипсоид превращает­ся в шар, и шаровые галактики всегда видны нам в фор­ме круга. Такие галактики обозначаются символом ЕО. В их число может попасть какое-то количество эллипти­ческих галактик, в действительности имеющих форму двухосного эллипсоида и повернутых к нам так, что мы их видим вдоль малой оси (оси вращения). Но таких галактик очень мало.

Эллиптические галактики — самый многочисленный и самый простой по строению тип галактик.

Источник

Эллиптическая галактика

Эллиптическая галактика является галактика , которая отличается от других форм галактик в последовательности Хаббла в том , что она распределяет свет равномерно и недостатки обнаружены заметные структуры в спиральных галактиках . Эллиптические галактики являются одними из самых старых звездных популяций во Вселенной. Сейчас предполагается, что они уже прошли через различные процессы слияния и взаимодействия с другими галактиками. Обычно они состоят из старых звезд и почти не содержат межзвездного газа, так как он давно уже использовался. Поэтому скорость звездообразования очень низкая. Эти галактики окружены большим количеством шаровых скоплений . Диапазон масс эллиптических галактик начинается с небольших карликовых галактик с массой в несколько миллионов Солнца и достигает значений до нескольких триллионов масс Солнца для центральных галактик скопления . В радиусе около 30 миллионов световых лет вокруг Млечного Пути около 34 процентов галактик являются спиральными, 13 процентов — эллиптическими и 53 процента — неправильными и карликовыми галактиками.

Оглавление

морфология

Классификация по схеме Хаббла

Эллиптические галактики относительно ярки в центре с сначала быстрым, а затем более медленным падением яркости к внешней стороне. Линии равной яркости ( изофоты ) достаточно точно описываются концентрическими эллипсами . В последовательности Хаббла эллиптические галактики делятся на классы от E0 (круговые) до E7 (сильно сплющенные) в соответствии с формой этих эллипсов. Число, добавленное к E, определяется как , где a — размер большой оси, а b — меньшей оси эллипса. Здесь следует отметить, что классификация также сильно зависит от угла обзора галактики. 10 ( а — б ) / а <\ displaystyle 10 (ab) / a>

Подразделение

Помимо эллиптичности, эллиптические галактики также можно классифицировать по другим свойствам:

Распределение яркости

Если вы создаете профиль яркости эллиптической галактики, измеряя яркость на расстоянии до центра, эта кривая следует профилю Де Вокулера . Это выражает линейную зависимость между логарифмом интенсивности и расстоянием до центра.

Анализ распределения яркости — один из важнейших инструментов для определения свойств и эволюции эллиптических галактик. С помощью этого метода анализа линии равной яркости ( изофот ) назначаются эллипсам. Центральные точки определенных таким образом эллипсов обычно очень точно центрируются в центре галактики. Однако эллиптичность может меняться в зависимости от радиуса. Полученная эллиптичность и угол большой полуоси дают основную информацию о галактике, например B. Эффективный радиус, трехосность или возможное изофотическое закручивание (изофотное закручивание). В случае изофотического вращения угол большой полуоси эллипса изменяется с увеличением радиуса. Распределение яркости галактики может показывать отклонение от идеальной формы эллипса. Есть системы квадратности и дискичности . Эти распределения предоставляют важную информацию о физических свойствах эллиптической галактики.

физика

состав

Эллиптические галактики в основном состоят из более старых звезд населения II, что отражается в том факте, что они имеют красноватый цвет. Маленькие эллипсы с меньшей массой могут также содержать более молодые звезды (возрастом менее 5 миллиардов лет). Раньше считалось, что эти галактики практически не содержат газа и пыли. Однако посредством наблюдений в рентгеновском диапазоне можно было также обнаружить горячий газ с массой в несколько миллионов солнечных масс. Кроме того, до 50% галактик содержат более высокую долю пыли. Здесь пыль образует плоскость заземления вместе со встроенным звездным диском. Это можно интерпретировать как указание на более ранние столкновения галактик.

Центральная черная дыра

С конца 1990-х годов наблюдения все более и более ясно показывают, что в центре каждой эллиптической галактики и каждой выпуклости спиральной галактики есть черная дыра с массой в несколько единиц на тысячу от массы эллиптической галактики или выпуклости. Это соотношение, называемое отношением M-Sigma, применимо к эллиптическим галактикам с диапазоном масс 1 е 6 к 1 е Найдено 10 солнечных масс.

Процессы образования и развития галактик и черных дыр, которые приводят к этой взаимосвязи, до сих пор неясны. Однако черные дыры, по-видимому, играют важную роль в эволюции эллиптических галактик.

Вращение и орбиты звезд

В прошлом часто предполагалось, что это сплющивание вызвано вращением и что эллиптические галактики являются сферическими или сплюснутыми эллипсоидами вращения. Между тем было признано, что это не всегда применимо. Особенно среди самых ярких эллиптических галактик нет вращающихся систем, которые все еще кажутся сплюснутыми, или есть лишь небольшие количества вращающихся систем. Орбиты звезд — это не эллипсы или другие замкнутые формы, но звезды движутся независимо по всем основным осям. Ее «трехосное» расширение, то есть различное расширение в трех пространственных направлениях, возникает из-за направленной зависимости рассеяния скоростей ее звезд, то есть эллиптическая галактика стабилизируется не вращением, а хаотическим движением звездного газа. Этот звездный газ находится в расслабленном состоянии, которое достигается не столкновениями, а бурной релаксацией .

Соотношение Фабера-Джексона

С помощью соотношения Фабера-Джексона существует эмпирическая связь между светимостью L и дисперсией скоростей σ в эллиптических галактиках. Это соотношение особенно выгодно, поскольку разброс звезд по скорости можно относительно легко определить с помощью спектроскопического анализа. Затем можно рассчитать расстояние до галактики, используя определенную абсолютную яркость.

Коробчатые и дисковые системы

Анализируя распределение яркости, было обнаружено, что многие эллиптические галактики не имеют идеальной формы эллипса. В зависимости от хода изофот их можно разделить на коробчатые ( квадратная форма ) и дискообразные ( дискообразные ) системы. Здесь было показано, что дальнейшие физические свойства зависят от этого подразделения.

Около 70–90% эллиптических галактик имеют форму диска, а от 10 до 20% имеют коробчатую структуру. Коробчатые системы имеют большее отношение массы к светимости, чем дискообразные. В дисковых системах вращение более формообразное, чем в коробчатых. Таким образом, здесь преобладает упорядоченный компонент движения, которого нет в другом типе. Дисковые системы являются слабыми радиоизлучателями, а коробчатые — широким распространением радиосветимости. Аналогичная картина и в рентгеновском диапазоне. В коробчатых галактиках часто обнаруживаются ядра, движущиеся против общего направления вращения ( ядра, вращающиеся в противоположных направлениях ).

Оболочечные конструкции

В некоторых эллиптических галактиках были обнаружены оболочечные структуры (оболочки) в виде дуг во внешних областях галактики. Дуги сосредоточены в центре галактики. Эти структуры можно распознать по изображениям с повышенной контрастностью.

Эти оболочечные структуры в эллиптических галактиках, вероятно, являются остатками галактических столкновений. Наиболее широко распространенной теорией является аккреция малых галактик-спутников по траектории, которая ведет их к центру галактики. Звезды из этой галактики-предшественницы высвобождаются при прохождении через перицентр. Эти звезды затем образуют структуры оболочки, когда достигают своего апоцентра (то есть точки на их орбите, наиболее удаленной от центра галактики).

С помощью этой модели можно показать, что предыдущая галактика должна пройти несколько проходов, прежде чем она растворится. Это объясняет, почему оболочечные структуры находятся так далеко от галактики, что наблюдается во многих галактиках с оболочечными структурами. Захваченная галактика теряет энергию из-за динамического трения. Внешние оболочки возникают первыми, внутренние — позже, когда галактика-предшественница уже потеряла свою кинетическую энергию.

Такие свойства галактики, как прямоугольная форма, структура оболочки и противостоящие ядра, предполагают, что это результат полного слияния двух или более галактик.

Эллиптические галактики окружены диффузными звездными гало и большим количеством шаровых скоплений. В то время как в спиральных галактиках очень легко вычислить долю темной материи в гало на основе вращения галактики , это невозможно для эллиптических галактик, потому что нет четкого движения вращения.

Анализируя рентгеновские лучи горячего газа, можно было обнаружить высокую долю темной материи в гало эллиптических галактик. Б. Для галактики NGC 4472 определена доля темной материи около 90%.

Фундаментальный уровень

Фундаментальная плоскость — это соотношение между эффективным радиусом, средней яркостью и общим разбросом скоростей нормальных эллиптических галактик. Эти три параметра взаимозависимы, поэтому один параметр можно рассчитать, как только станут известны два других параметра. В трехмерной системе координат измеренные значения параметров разных эллиптических галактик образуют плоскость.

Вхождение

Доля эллиптических галактик в общем количестве галактик сильно зависит от окружающей среды. В богатых скоплениях галактик почти половина галактик имеют эллиптическую форму, тогда как доля в областях с низкой плотностью галактик падает ниже 10%. В центре многих скоплений галактик находится особенно массивная эллиптическая галактика или галактика аналогичной формы, известная как cD- галактика.

Есть много общего между несколько более слабыми эллиптическими галактиками и центральными балджами спиральных галактик. Необходимо различать эллиптические галактики и слабые сфероидные карликовые галактики, которые также имеют эллиптическую форму, но имеют разные соотношения между яркостью и размером.

Возникновение

Большинство звезд в эллиптических галактиках старые. Эллиптические галактики также обычно содержат очень мало межзвездного вещества, из которого могут образовываться новые звезды. Из-за их возраста и высокой плотности центральных звезд часто предполагалось, что эллиптические галактики образовались около 10 миллиардов лет назад в результате быстрого коллапса (монолитного коллапса) одного большого газового облака. Газ используется до такой степени, что в дальнейшем звезды не могут образоваться. Однако это представление может объяснить лишь небольшое вращение многих эллиптических галактик с трудом и плохо согласуется с основным предположением современной космологии , а именно с тем, что такие структуры, как галактики, создаются путем слияния более мелких единиц.

Кроме того, есть данные наблюдений и теории, свидетельствующие о том, что эллиптическая галактика образуется при слиянии двух спиральных галактик. В таком большом столкновении галактики полностью меняются. Диски полностью разрушены, их звезды получают очень разные скорости и направления и разносятся в пространстве. Нарушение газовой орбиты приводит к усилению звездообразования (звездообразованию) . Газ нагревается или выбрасывается настолько сильно, что звезды больше не образуются.

Это также объяснило бы существование ядер, вращающихся в противоположных направлениях, которые встречаются в каждой третьей галактике. Однако этот механизм не может объяснить все свойства всех сегодняшних эллиптических галактик. Период и механизм образования эллиптических галактик все еще являются предметом интенсивных исследований и не обязательно одинаковы для всех таких галактик.

Источник