Разнообразие галактик во вселенной

Многообразие галактик

Галактики — это звездные системы из миллионов, миллиардов и триллионов звезд, связанных друг с другом силами гравитации.

Самые маленькие галактики содержат в миллион раз меньше звезд, чем наша Галактика, и скорее напоминают шаровые скопления, только значительно больше по размерам. Диапазон диаметров наблюдаемых галактик также впечатляет: от нескольких сотен до сотен тысяч световых лет. Помимо звезд и планетных систем галактики включают в себя межзвездный газ, межзвездную пыль, а также продукты звездной эволюции: белые карлики, нейтронные звезды, черные дыры.

Часть газа в галактиках просто рассеяна между звездами, а часть образует облака различной массы и плотности, в том числе массивные молекулярные облака с массой до миллиона масс Солнца. Небольшая доля газа приходится на яркие туманности вокруг горячих звезд. Существенная часть массы галактик приходится на темную (небарионную, т. е. не состоящую из атомов) материю, которая взаимодействует с обычным веществом только через гравитационное поле. Видимая материя погружена в протяженное темное гало. В крупных галактиках масса темной материи сравнима с массой обычного вещества, если ограничиться теми пределами, где еще наблюдаются звезды и газ. В карликовых звездных системах темной материи может быть в несколько раз больше. Полная масса темного гало, простирающегося намного дальше видимой материи, как правило, на порядок выше массы обычной, барионной, материи, содержащейся в галактике. Согласно наиболее распространенной схеме классификации по внешнему виду и структуре, галактики принято относить к одному из четырех морфологических типов: эллиптические, спиральные, линзовидные и неправильные.

ЭЛЛИПТИЧЕСКИЕ ГАЛАКТИКИ составляют 5% от общего числа галактик. На фотографиях они выглядят как нерезкий эллипс, яркость которого быстро спадает от центра. Цвет у эллиптических галактик красноватый, так как состоят они преимущественно из старых звезд. Холодного газа в таких системах почти нет, но наиболее массивные из них заполнены очень разреженным горячим газом температурой более миллиона градусов.

СПИРАЛЬНЫЕ ГАЛАКТИКИ — это галактики, обладающие звездными дисками, в которых присутствуют спиральные ветви. Если диск галактики наблюдается с ребра, то по внешнему виду она напоминает чечевицу или двояковыпуклую линзу. Диск погружен в разреженное слабосветящееся сфероидальное облако звезд — гало. У части спиральных систем (по некоторым оценкам, более половины от общего числа) в центральной области имеется вытянутая звездная перемычка — бар. У некоторых галактик имеется центральное шарообразное утолщение в середине — балдж (от англ. bulge — вздутие).

ЛИНЗОВИДНЫЕ ГАЛАКТИКИ — это промежуточный тип между спиральными и эллиптическими. У них есть балдж, гало и диск, но нет четких спиральных рукавов. Среди всех звездных систем их примерно 20%.

ВСЕ ПРОЧИЕ ГАЛАКТИКИ, в которых отсутствует симметрия, классифицируются как неправильные галактики. Для них характерна неправильная, клочковатая форма. В таких галактиках содержится много газа (иногда более 50% их общей массы), и активно рождаются звезды.

Помимо нормальных (больших и сравнительно ярких) галактик наблюдается множество небольших, карликовых звездных систем. Галактик с хорошо развитыми спиральными ветвями среди карликов не встречается. Сравнительно низкая светимость затрудняет наблюдения карликовых галактик с очень больших расстояний, поэтому среди наблюдаемых галактик их доля составляет всего 5%. Но на самом деле карликовые галактики образуют самый многочисленный класс галактик в природе.

Основная часть галактик образовалась в первые миллиарды лет после начала расширения Вселенной. Свет от рекордно далеких галактик, обнаруженных на сегодняшний день, шел к нам более 10–12 млрд лет. Наблюдая такие галактики, мы видим их в далеком прошлом, в эпоху их молодости.

Хотя основная масса звезд в близких галактиках образовалась миллиарды лет назад и успела постареть, многие галактики до сих пор «достраивают» себя изнутри, образуя звезды и звездные скопления из запасов газа. Эллиптические галактики уже давно израсходовали свой газ, и молодых звезд в них почти нет. В других галактиках (спиральных и неправильных), где газ еще остался, звезды продолжают рождаться.

Активные ядра галактик

В некоторых галактиках наблюдается повышенная активность галактических ядер. Активность ядра — это выделение большого количества энергии в крошечной центральной области, сопоставимой по размеру с Солнечной системой. Активным ядром обладает около 1% массивных галактик — как спиральных, так и эллиптических, причем необязательно взаимодействующих. Из активного ядра происходит выброс газа, потоков высокоэнергичных электронов и протонов. Галактики с активными ядрами часто оказываются мощными источниками радиоизлучения и мощного коротковолнового излучения (ультрафиолетового, рентгеновского, гамма-излучения). Природа активных галактических ядер до сих пор не совсем ясна.

Наиболее вероятной причиной активности является наличие сверхмассивных (массой до нескольких миллиардов солнечных масс) черных дыр, а энергия активного ядра — это преобразованная гравитационная энергия вещества (газа или звезд), падающего на эти черные дыры. Гигантские черные дыры с массой в миллионы и даже миллиарды солнечных масс в последние годы действительно были предсказаны в центрах многих крупных галактик, и это дает основание полагать, что их гипотетическое наличие там является скорее правилом, чем исключением. Ядра галактик с наиболее высокой активностью «забивают» своим излучением миллиарды звезд этих галактик и наблюдаются с большого расстояния как необычные: звездоподобные объекты, сокращенно — QSO (Quasi-Stellar Objects), квазары.

Источник

Галактики

Галактикой называется большая система из звезд, межзвездного газа, пыли, темной материи и темной энергии, связанная силами гравитационного взаимодействия. Количество звезд и размеры галактик могут быть различными. Как правило, галактики содержат от нескольких миллионов до нескольких триллионов (1 000 000 000 000) звезд. Кроме обычных звезд и межзвездной среды галактики также содержат различные туманности. Размеры галактик от нескольких тысяч до нескольких сотен тысяч световых лет. А расстояние между галактиками достигает миллионов световых лет.

Около 90 % массы галактик приходится на долю темной материи и энергии. Природа этих невидимых компонентов пока не изучена. Существуют свидетельства того, что в центре многих галактик находятся сверхмассивные чёрные дыры. Пространство между галактиками практически не содержит вещества и имеет среднюю плотностью меньше одного атома на кубический метр. Предположительно, в видимой части вселенной находится около 100 млрд. галактик.

По классификации, предложенной астрономом Эдвином Хабблом, в 1925 году существуют несколько видов галактик:

• эллиптические(E),
• линзообразные(S0),
• обычные спиральные(S),
• пересеченные спиральные(SB),
• неправильные (Ir).

Эллиптические галактики — класс галактик с четко выраженной сферической структурой и уменьшающейся к краям яркостью. Они сравнительно медленно вращаются, заметное вращение наблюдается только у галактик со значительным сжатием. В таких галактиках нет пылевой материи, которая в тех галактиках, в которых она имеется, видна как тёмные полосы на непрерывном фоне звёзд галактики. Поэтому внешне эллиптические галактики отличаются друг от друга в основном одной чертой — большим или меньшим сжатием.

Доля эллиптических галактик в общем числе галактик в наблюдаемой части вселенной — около 25 %.

Спиральные галактики названы так, потому что имеют внутри диска яркие рукава звёздного происхождения, которые почти логарифмически простираются из балджа (почти сферического утолщения в центре галактики). Спиральные галактики имеют центральное сгущение и несколько спиральных ветвей, или рукавов, которые имеют голубоватый цвет, так как в них присутствует много молодых гигантских звезд. Эти звезды возбуждают свечение диффузных газовых туманностей, разбросанных вместе с пылевыми облаками вдоль спиральных ветвей. Диск спиральной галактики обычно окружён большим сфероидальным гало (светящееся кольцо вокруг объекта; оптический феномен), состоящим из старых звёзд второго поколения. Все спиральные галактики вращаются со значительными скоростями, поэтому звезды, пыль и газы сосредоточены у них в узком диске. Обилие газовых и пылевых облаков и присутствие ярких голубых гигантов говорит об активных процессах звездообразования, происходящих в спиральных рукавах этих галактик.

Многие спиральные галактики имеют в центре перемычку (бар), от концов которой отходят спиральные рукава. Наша Галактика также относится к спиральным галактикам с перемычкой.

Линзообразные галактики — это промежуточный тип между спиральными и эллиптическими. У них есть балдж, гало и диск, но нет спиральных рукавов. Их примерно 20% среди всех звездных систем. В этих галактиках яркое основное тело – линза, окружено слабым ореолом. Иногда линза имеет вокруг себя кольцо.

Неправильные галактики — это галактики, которые не обнаруживают ни спиральной, ни эллиптической структуры. Чаще всего такие галактики имеют хаотичную форму без ярко выраженного ядра и спиральных ветвей. В процентном отношении составляют одну четверть от всех галактик. Большинство неправильных галактик в прошлом являлись спиральными или эллиптическими, но были деформированы гравитационными силами.

Эволюция галактик

Образование галактик рассматривают как естественный этап эволюции Вселенной, происходящий под действием гравитационных сил. Как предполагают ученые, около 14 млрд. лет назад произошел большой взрыв, после которого Вселенная везде была одинаковой. Затем частицы пыли и газа начали группироваться, объединяться, сталкиваться и таким образом появлялись сгустки, которые позднее превращались в галактики. Многообразие форм галактик связано с разнообразием начальных условий образования галактик. Скопление газообразного водорода в пределах таких сгустков стало первыми звездами.

С момента зарождении галактика начинает сжиматься. Сжатие галактики длится около 3 млрд лет. За это время происходит превращение газового облака в звездную систему. 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 звездами. 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 галактики, 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 галактике звезды будущего гало образуются на более ранней стадии сжатия, когда вращение еще не повлияло на общую форму галактики. Свидетельствами этой эпохи в нашей Галактике являются шаровые звездные скопления.

Когда прекращается сжатие протогалактики, кинетическая энергия образовавшихся звезд диска равна энергии коллективного гравитационного взаимодействия. В это время, создаются условия для образования спиральной структуры, а рождение звезд происходит уже в спиральных ветвях, в которых газ достаточно плотный. Это звезды третьего поколения. К ним относится наше Солнце.

Запасы межзвездного газа постепенно истощаются, рождение звезд становится менее интенсивным. Через несколько миллиардов лет, когда будут исчерпаны все запасы газа, спиральная галактика превратится в линзообразную, состоящую из слабых красных звезд. Эллиптические галактики уже находятся на этой стадии: весь газ в них израсходован 10-15 млрд. лет назад.

Возраст галактик равен примерно возрасту Вселенной. Одним из секретов астрономии остаётся вопрос о том, что из себя представляют ядра галактик. Очень важным открытием явилось то, что некоторые ядра галактик активны. Это открытие было неожиданным. Раньше считалось, что ядро галактики – это не больше чем скопление сотен миллионов звёзд. Оказалось, что и оптическое и радиоизлучение некоторых галактических ядер может меняться за несколько месяцев. Это означает, что в течение короткого времени из ядер освобождается огромное количество энергии, в сотни раз превышающее то, которое освобождается при вспышке сверхновой. Такие ядра получили название «активных», а процессы, происходящие в них, «активность».

В 1963 году были обнаружены объекты нового типа, находящиеся за приделами нашей галактики. Эти объекты имеют звездообразный вид. Со временем выяснили, что их светимость во много десятков раз превосходит светимость галактик! Самое удивительное то, что их яркость меняется. Мощность их излучения в тысячи раз превосходит мощность излучения активных ядер. Эти объекты назвали квазарами. Сейчас считается, что ядра некоторых галактик представляют собой квазары.

Автор статьи: Михаил Карневский, 15.01.2013
Обновлено: Татьяна Сидорова, 14.02.2018
Перепечатка без активной ссылки запрещена!

Источник

Галактики

Галактики – растянутые космические системы, состоящие из пыли, газа и множества звезд. Точное количество подсчитать невозможно, потому что лишь в наблюдаемой вселенной их 100 миллиардов.

Некоторые из галактик очень сильно напоминают Млечный Путь, но бывают и совершенно непохожие экземпляры.

Если в галактике меньше миллиарда звезд, то такой галактический тип называют «маленькой». Во Млечной Пути Солнце – лишь одна из миллиарда звезд.

Ученые до конца не разобрались в процессах формирования и эволюции галактик, так как начальные этапы происходили очень рано. Возраст древнейших практически достигает вселенского – 10-13 миллиардов лет. Смотрите видео про галактики, чтобы узнать больше интересной и полезной информации о классификации и возрасте.

Галактика Млечный Путь

Мы проживаем в галактике спирального типа с перемычкой, простирающейся на 100000 лет в диаметре. Ядро в форме диска выпирает на 30000 световых лет и вмещает огромное количество старых звезд и черную дыру. Из четырех спиральных рукавов, наша система расположена в рукаве Ориона. Отдалена от центра на 30000 световых лет.

Солнечная система совершает обороты вокруг галактического центра Млечного Пути на скорости в 250 км/с и тратит на один проход 220 миллионов лет.

Всего существует три главных типа галактик: спиральная, эллиптическая и неправильная. К первым относятся, например, Млечный Путь и Андромеда. В центре расположены объекты и черная дыра, вокруг которых вращается ореол звезд и темная материя. Из ядра ответвляются рукава. Спиральная форма образуется из-за того, что галактика не прекращает вращения. Многие представители обладают лишь одним рукавом, но у некоторых их можно насчитать три и больше.

Таблица характеристик основных видов галактик

Спиральные бывают с перемычкой и без. В первом типе центр пересекается плотным баром звезд. А у вторых подобного формирования не наблюдается.

В эллиптических галактиках проживают самые древние звезды и нет достаточного количества пыли и газа, чтобы создать молодые. Могут напоминать по форме круг, овал или же спиральный тип, но без рукавов.

Примерно четверть галактик представляют группу неправильных. Они меньше, чем спиральные и отображают порой причудливые формы. Их можно объяснить появлением новых звезд или же гравитационным контактом с соседней галактикой. Среди неправильных числятся Магеллановы Облака.

Есть также много галактических подтипов: сейфертовские (спирали с быстрым движением), яркие эллиптические супергиганты (поглощают других), кольцевые (без ядра) и прочие.

Типы галактик

Спиральные галактики

Спиральная (как Млечный Путь) – галактика с плоским диском, выпуклым центром и спиральными рукавами. В диске сосредоточены звезды, планеты, пыль и газ, которые вращаются вокруг центра. Скорость может достигать 100 км/с, из-за чего вещество на диске формируется в виде спирали. Некоторые из них могут создавать особенные формы, благодаря чему получают оригинальные названия (как Галактика Сомбреро).

Ближе к центру выпуклости сосредотачиваются старшие звезды, а новые формируются в спиральных системах. Их диски окружены ореолами с загадочной темной материей.

Узнать больше о спиральных галактиках вы можете благодаря нашей статье .

Спиральные галактики каталога Мессье

Галактики с перемычкой

Спиральные галактики с крупными яркими звездными полосами и материалом, рассекающим центральные секции, называются «Галактики с перемычкой». У большинства таких галактик есть перемычки — бары. Астрономы заинтересованы в их изучении, так как все еще не могут понять, какую функцию они выполняют в галактиках. Бары могут вмещать сверхмассивные черные дыры. Они делятся на подгруппы по выпуклостям, спиральным рукавам и их плотности.

Кроме того, у нас есть отдельная статья, посвященная спиральным галактикам с перемычкой.

Спиральные галактики с перемычкой каталога Мессье

Эллиптические галактики

Эллиптическая – галактика в форме эллипса. Как правило, они круглые, но немного вытянутые вдоль одной оси. Могут быть удлиненными и напоминать форму сигары. Такой тип вмещает множество старых звезд (1 триллион), но испытывает недостаток в пыли и прочих межзвездных веществах. Звезды сосредоточены вокруг центра, но двигаются в случайном направлении. Формируют мало новых объектов.

Наиболее известные – гигантские эллиптические галактики, способные простираться на 2 миллиона световых лет. Но этот тип может быть и маленьким – карликовые эллиптические галактики.

Узнать больше об эллиптических галактиках вы можете в нашей статье .

Эллиптические галактики каталога Мессье

Неправильные галактики

Неправильная – галактика, которая не попадает в первые два вида. Кажутся деформированными или не имеют конкретной формы, потому что контактируют с другими объектами.

Читайте больше о неправильных галактиках в нашей статье .

Наиболее известные неправильные галактики

Неправильные галактики каталога Мессье

Список менее известных галактик:

Скопления галактик

Галактики могут существовать в одиночестве или же в паре. Но в большинстве случаев они входят в состав крупных ассоциаций, которые называют группами, скоплениями и сверхскоплениями. Такие объекты взаимодействуют и сливаются в единые галактики. Из-за этого газы оттекают к галактическому центру, что приводит к активации рождения звезд.

Полагают, что Млечный Путь однажды сольется с галактикой Андромеды, расположенной в 2 миллионах световых лет и наблюдаемой из северной части земного полушария. Все это – этапы эволюции, когда неправильные переходят в одну из форм, а спиральные становятся эллиптическими.

Происхождение галактик

Ученые считают, что галактики появились сразу после Большого Взрыва, который создал Вселенную 10-20 миллиардов лет назад. Уже в первые миллисекунды газовые облака начали объединяться, разрушаться и сжиматься из-за силы тяжести, формируя строительные блоки.

Но если в этом моменте мнения сходятся, то разногласия появляются в том, как это произошло и с чего началось. Некоторые думают, что начальным этапом стало слияние скоплений с миллионами звезд. Другие же полагают, что с самого начала были галактики, а уже потом звезды внутри объединялись в скопления. Нижнее видео про галактики расскажет, как происходит процесс слияния и поглощения галактических структур.

Активные галактики

Это тип галактики, излучающий больше энергии, чем обычная. Млечный Путь считается стабильным. По сравнению с ним, активные выделяют в 100 раз больше энергии. Это происходит из-за взрывов в ядре. Энергия высвобождается в виде радиоволн. Есть несколько разновидностей таких галактик.

Типичный вид Сейфертовской галактики — спиральная галактика NGC 1566

Сейфертовские галактики напоминают спиральные с чрезвычайно активным ядром. Больше всего интереса вызывают квазары, потому что за 1 секунду способны выплеснуть столько энергии, сколько Солнце производит за все свое существование. Они напоминают звезды и считаются наиболее энергичными объектами. Многие полагают, что квазары выступают активными ядрами далеких галактик на ранних эволюционных стадиях. Свет движется к нам миллиарды лет и может поступать даже с самого начала Вселенной.

Как же узнали о нашей галактике? Древние люди наблюдали в небе светлую полосу и назвали ее Млечным Путем. В конце 1500-х гг. Галилео Галилей впервые посмотрел на звезды в телескоп и понял, что эта полоса представлена множеством отдельных объектов. В 1755 году Иммануил Кант предположил, что наша галактика – линзовидная звездная группа и во Вселенной еще много таких.

Проходили годы и ученые знакомились с галактикой ближе, но все еще ставили Солнце в ее центре. В 1918 году все изменилось, когда Харлоу Шепли понял, что мы находимся на периферии галактики.

Хаббл, галактики и расширяющаяся Вселенная

Стоит выразить огромную благодарность Эдвину Хабблу, который в 1924 году доказал, что наша галактика – одна из многих. При помощи своего 100-дюймового телескопа он заметил, что группа звезд, которые ранее считались частью Млечного Пути, на самом деле, являются галактикой Андромеды, расположенной в 2.2 миллионах световых лет. В 1927 году Ян Оорт доказал, что галактики совершают вращение вокруг своего центра.

Хаббл также выявил, что отдаленные галактики уходят от нас на больших скоростях. Это наблюдение стало законом Хаббла – Вселенная расширяется.

В 1996 году телескоп Хаббла добыл снимки 1500 далеких галактик, пребывающих в процессе формирования, что увеличило предположительное количество галактик. В 1990-х гг. полагали, что их может быть только 50 миллиардов. Конечно, современные цифры намного больше. На нашем сайте у вас есть возможность изучить все разновидности галактик и рассмотреть качественные фото, схемы и рисунки космических структур Вселенной.

Источник