Различные типы галактик во Вселенной
Что такое галактика? Проще говоря, галактика — это система звезд, звездных остатков и других небесных объектов, связанных гравитационной силой. Галактики могут отличаться по форме, размеру, и каждый из них вращается вокруг своего центра масс.
Наши знания о галактиках (в том числе о Млечном Пути) эволюционировали от философского мышления Аристотеля в 5-м веке до нашей эры до революционных открытий Эдвина Хаббла в начале 1920-х годов до крупных научных открытий в конце 20-го и 21-го века.
В наблюдаемой вселенной насчитывается около двух триллионов галактик или более. Большинство обнаруженных галактик на сегодняшний день имеют отличительные особенности и различаются по форме и размерам.
Чтобы классифицировать различные галактики, астрономы и исследователи используют морфологическую классификацию, известную как последовательность Хаббла (разработанная Эдвином Хабблом), которая помогает им точно изучать отдельные галактики.
Метод Хаббла был позже изменен французским астрономом Жераром де Вокулером в 1959 году. На основе этих классификаций и нескольких других характеристик мы обсудили различные типы галактик ниже.
Последовательность Хаббла
Схема классификации галактик по Хабблу
В 1926 году Эдвин Хаббл выдвинул первую в мире морфологическую схему классификации галактик; классификация Хаббла. Он распознает три основных типа галактик; Эллиптические, спиральные и линзовидные. Эти широкие категории галактик подразделяются на систему, называемую диаграммой камертона.
Эллиптические галактики
Эллиптические галактики, как правило, гладкие и безликие. Схема классификации Хаббла, разделить эти галактики на основе их скорости эллиптичности, E0, будучи почти сферической к E7, высоко вытянутой галактики.
Одной из наиболее примечательных особенностей эллиптических галактик является то, что они имеют очень небольшое количество открытых скоплений (группа из нескольких тысяч звезд) и низкий уровень звездообразования. Эти галактики обычно состоят из более старых, более развитых звезд.
Самые большие галактики в наблюдаемой Вселенной — эллиптические. Многие из них имеют более чем 700 000 световых лет в поперечнике и имеют массу около 100000000000000 солнечных масс, то есть 10^13 солнечных масс.
Примеры эллиптических галактик: Messier 87, IC 1101 и Maffei 1 (ближайшая эллиптическая галактика).
Спиральные галактики
Спиральные галактики узнаваемы по их ярким спиральным рукавам (в основном два) и центральному выпуклому, населенному преимущественно старыми звездами. В классификации Хаббла спиральные галактики обозначаются английской буквой «S», за которой следует буква «a», «b» или «c», обозначающая протяженность спиральных рукавов («a» — близко друг к другу).
Рукава спиральной галактики отчетливо видны из-за присутствия в изобилии молодых, все еще формирующихся звезд.
Спиральная галактика с перемычкой
Спиральная галактика с перемычками — это, по сути, спиральная галактика со структурой в виде стержней в центре, которая простирается наружу с обеих сторон. Более половины всех наблюдаемых к настоящему времени спиральных галактик на самом деле являются спиральными галактиками с перемычками. Хаббл обозначает их как SB, за которыми следуют маленькие английские буквы a, b и c, похожие на те, что встречаются в обычных спиральных галактиках.
Предполагается, что эти галактические бары являются временными (они распадаются со временем) и вызваны либо выбросом энергии из ядра наружу, либо мощным приливным взаимодействием с соседней галактикой.
Млечный Путь, содержащий два миллиарда звезд (одна из которых — Солнце), когда-то классифицировался как спиральная галактика, но сейчас подтверждено, что это спиральная галактика с перемычкой.
Примеры спиральных галактик с перемычкой: Млечный Путь, Галактика Андромеды и Галактика Водоворот.
Линзовидная (линзообразная) галактика
В самом центре системы Хаббла, где раздваиваются две ветви спиральных галактик, можно увидеть промежуточные галактики, обозначенные символом S0.
Эти типы галактик известны как линзовидные галактики. Они имеют яркую выпуклость в своей основе и имеют эллиптическую форму. Однако, в отличие от спиральных галактик, у них нет спиральных рукавов и они не производят новых звезд со значительной скоростью.
Примеры линзовидных галактик: Колесо Телеги , NGC 2787
Система классификации галактик де Вокулера
Основываясь на последовательности Хаббла, французский астроном де Вокулер разработал расширение морфологической классификации галактики. Он утверждал, что классификация Хаббла неполна и не описывает их в полной мере.
В то время как система де Вокулер сохраняет первичную классификацию галактик, эллиптических, спиралевидных, линзовидных и неправильных, она вводит более детальную классификацию галактик, которая фокусируется на их кольцах, барах и спиральных рукавах.
Некоторые другие типы галактик основаны на их морфологии
Пекулярная галактика
Пекулярная галактика: Пекулярная галактика, как следует из названия, представляет собой галактику странной формы, размера и неизвестного состава. Только небольшой процент всех обнаруженных галактик относится к категории особых галактик. AGN (активные галактические ядра) и взаимодействующие галактики в настоящее время представляют собой два типа пекулярных галактик, идентифицированных астрономами.
Считается, что эти типы галактик являются результатом гравитационного перетягивания каната между двумя галактиками, когда они находятся очень близко друг к другу. Две пострадавшие стороны развивают своеобразные визуальные свойства из-за массового приливного взаимодействия.
Снимок объекта Хога, сделанный телескопом Хаббл. Предоставлен NASA/ESA.
Кольцевая Галактика: Кольцевая галактика содержит множество массивных, молодых и ярких звезд, окружающих относительно менее яркое ядро. Объект Хога является прекрасным примером кольцевых галактик, расположенных на расстоянии около 600 млн световых лет в созвездии Змеи.
Одной из ведущих теорий относительно их образования является гравитационное разрушение, вызванное близким проходом меньшей галактики вблизи ядра большей.
Неправильные галактики: те галактики, которые нельзя отнести ни к эллиптическим, ни к спиральным, известны как Нерегулярные галактики. Они имеют хаотичный вид и не имеют ни спиральной руки, ни центральной выпуклости. Нерегулярные галактики можно разделить на три подкатегории: галактики Irr-I, lrr-II и dI-галактики, ни одна из которых не совпадает со схемой Хаббла.
Активные галактики
В приведенном выше разделе мы рассмотрели галактики, основанные на их морфологии или их внешнем виде. Но если галактика, независимо от ее формы, содержит активное галактическое ядро, то она также может быть классифицирована как активная галактика.
Что такое активное галактическое ядро, спросите вы, ну, это компактная область вблизи центра галактики, которая имеет большую, чем обычно, светимость почти по всему электромагнитному спектру.
Активные галактики делятся на две категории; радио-тихие AGN и радио-громкие AGN. В радиомолчании AGN, таких, как галактики Сейферта, наблюдаются узкие, а иногда и широкие линии излучения, нечастое сильное рентгеновское излучение и слабая радиоструя. Другими типами радио-тихих AGN являются LINER, Quasar 2 и радио-тихие квазары.
Изображение, полученное телескопом Хаббла, показывает выброшенную струю материи из Мессье 87, активной галактики, движущейся почти со скоростью света.
С другой стороны, «Блазары», разновидность радиогромких AG, отличаются высоким рентгеновским и радиоэмиссионным излучением, струями и сильно отличаются друг от друга. Другие типы радиогромких AGN — оптически сильные переменные квазарные и радиогалактики.
Галактика со вспышкой звездообразования
Известно, что галактики со вспышками звезд генерируют новые звезды с исключительно высокой скоростью. Эта скорость настолько высока, что эти галактики обязаны использовать весь свой звездообразующий газовый резервуар намного быстрее, чем любые другие типы галактик. Большинство наблюдаемых галактик со звездными всплесками либо проходят через галактическое слияние, либо вот-вот столкнутся с ним.
На протяжении многих лет астрономы незначительно классифицировали галактики звездообразования на основе их отчетливых видимых характеристик. Это голубые компактные галактики, светящиеся инфракрасные галактики и галактики Вольфа-Райе. Один из них описан ниже.
Светящиеся инфракрасные галактики: инфракрасные галактики, скорее всего, представляют собой одиночные газообразные спирали, которые получают свою инфракрасную светимость либо от большого числа звезд, упакованных в компактную область, либо от активного галактического ядра. Считается, что светящаяся инфракрасная галактика имеют яркость более чем в 100 миллиардов раз больше, чем Солнце.
Обычно считается, что некоторые светящиеся инфракрасные галактики создают почти 100 новых звезд по сравнению только с 7 звездами Млечного Пути каждый год, таким образом, они поддерживают свои чрезвычайно высокие уровни яркости.
Галактики с низкой активностью
Ультрадиффузная галактика (UDG): Ультрадиффузные галактики — это галактики чрезвычайно низкой плотности, обнаруженные в разных скоплениях галактик. Большинство Ультрадиффузных галактик имеют примерно тот же размер, что и Млечный Путь, но имеют всего 1% видимого количества звезд. Ультрадиффузные галактики в основном населены более старыми звездами из-за отсутствия звездообразующего газа.
Галактика низкой поверхностной яркости: галактики этого типа в основном карликовые, и большая часть их вещества находится в газообразной водородной форме, а не в звездах. Они очень слабые из-за отсутствия звездообразования.
Источник
Истинные размеры космоса или сколько галактик во Вселенной
Окружающее нас космическое пространство – это не просто одинокие звезды, планеты, астероиды и кометы, сверкающие на ночном небосклоне. Космос представляет собой огромную систему, где все находится в тесном взаимодействии друг с другом. Планеты группируются вокруг звезд, которые в свою очередь собираются в скопление или в туманность. Эти образования могут быть представлены одиночными светилами, а могут и насчитывать сотни, тысячи звезд, формируя уже более масштабные вселенские образования – галактики. Наша звездная страна, галактика Млечный путь, является только малой частью бескрайней Вселенной, в которой помимо этого существуют и другие галактики.
Вселенная постоянно находится в движении. Любой объект в космосе входит в состав той или иной галактики. Следом за звездами перемещаются и галактики, каждая из которых имеет свои размеры, определенное место в плотном вселенском строю и свою траекторию движения.
Человек сумел подсчитать количество звезд на небосклоне, а вот определить, сколько галактик во Вселенной — задача архисложная, как технически, так и теоретически.
Какова реальная структура Вселенной?
Долгое время научные представления человечества о космосе строились вокруг планет Солнечной системы, звезд и черных дыр, населяющих наш звездный дом – галактику Млечный путь. Любой другой галактический объект, обнаруживаемый в космосе с помощью телескопов, автоматически вносился в структуру нашего галактического пространства. Соответственно отсутствовали представления о том, что Млечный Путь — не единственное вселенское образование.
Ограниченные технические возможности не позволяли заглянуть дальше, за пределы Млечного Пути, где по устоявшемуся мнению начинается пустота. Только в 1920 году американский астрофизик Эдвин Хаббл сумел найти доказательства того, что Вселенная значительно больше и наряду с нашей галактикой в этом огромном и бескрайнем мире существуют другие, большие и маленькие галактики. Реальной границы Вселенной не существует. Одни объекты расположены к нам достаточно близко, всего несколько миллионов световых лет от Земли. Другие наоборот, расположены в дальнем углу Вселенной, пребывая вне зоны видимости.
Прошло почти сто лет и количество галактик сегодня уже оценивается в сотни тысяч. На этом фоне наш Млечный путь выглядит совсем не таким огромным, если не сказать, совсем крохотным. Сегодня уже обнаружены галактики, размеры которых трудно поддаются даже математическому анализу. К примеру, самая большая галактика во Вселенной IC 1101 имеет диаметр 6 миллионов световых лет и состоит из более 100 триллионов звезд. Этот галактический монстр находится на расстоянии более миллиарда световых лет от нашей планеты.
Структура такого огромного образования, каковым является Вселенная в глобальном масштабе, представлена пустотой и межзвездными образованиям — волокнами. Последние в свою очередь делятся на сверхскопления, межгалактические скопления и галактические группы. Самым малым звеном этого огромного механизма является галактика, представленная многочисленными звездными скоплениями — рукавами и газовыми туманностями. Предполагается, что Вселенная постоянно расширяется, заставляя тем самым двигаться галактики с огромной скоростью по направлению от центра Вселенной к периферии.
Если представить, что мы наблюдаем за космосом из нашей галактики Млечный Путь, которая якобы находится в центре мироздания, то крупномасштабная модель структуры Вселенной будет иметь следующий вид.
Темная материя — она же пустота, сверхскопления, скопления галактик и туманности — это все последствия Большого взрыва, который положил начало образованию Вселенной. В течение миллиарда лет происходит трансформация ее структуры, меняется форма галактик, так как одни звезды исчезают, поглощенные черными дырами, а другие наоборот, трансформируются в сверхновые, становясь новыми галактическими объектами. Миллиарды лет назад в расположение галактик было совсем другое, чем мы наблюдаем сейчас. Так или иначе, на фоне постоянных астрофизических процессов, происходящих в космосе, можно сделать определенные выводы о том, что наша Вселенная имеет не постоянную структуру. Все космические объекты находятся в постоянном движении, меняя свое положение, размеры и возраст.
На сегодняшний день благодаря телескопу Хаббл удалось обнаружить месторасположение наиболее близких к нам галактик, установить их размеры и определить местоположение относительного нашего мира. Стараниями астрономов, математиков и астрофизиков составлена карта Вселенной. Выявлены одиночные галактики, однако в большинстве своем, такие крупные вселенские объекты группируются по несколько десятков в группе. Средний размер галактик в такой группе составляет 1-3 млн. световых лет. Группа, к которой относится наш Млечный Путь, насчитывает 40 галактик. Помимо групп в межгалактическом пространстве имеется огромное количество карликовых галактик. Как правило, такие образования являются спутниками более крупных галактик, как наш Млечный путь, Треугольник или Андромеда.
До недавнего времени самой маленькой галактикой во Вселенной считалась карликовая галактика «Segue 2», находящаяся в 35 килопарсеках от нашей звезды. Однако в 2020 году японскими учеными-астрофизиками была выявлена еще меньшая по размеру галактика — Virgo I, которая является спутником Млечного Пути и находится на расстоянии 280 тыс. световых лет от Земли. Однако ученые считают, что это не предел. Высокая вероятность того, что существуют галактики куда более скромных размеров.
За группами галактик идут скопления, области космического пространства в которых существует до сотни галактик различных видов, форм и размеров. Скопления имеют колоссальные размеры. Как правило, диаметр такого вселенского образования составляет несколько мегапарсек.
Отличительной чертой структуры Вселенной является ее слабая изменчивость. Несмотря на громадные скорости, с которыми движутся галактики во Вселенной, все они остаются в составе одного скопления. Здесь действует принцип сохранения положение частиц в пространстве, на которые действует темная материя, образовавшаяся в результате большого взрыва. Предполагается, что находясь под воздействием этих пустот, заполненных темной материей, скопления и группы галактик продолжают миллиарды лет двигаться в одном направлении, соседствуя друг с другом.
Самые крупные образования во Вселенной — галактические сверхскопления, которые объединяют группы галактик. Самое известное сверхскопление — Великая Стена Клоуна, объект вселенского масштаба, растянувшийся в длину на 500 млн. световых лет. Толщина этого сверхскопления составляет 15 млн. световых лет.
В нынешних условиях космические аппараты и техника не позволяют нам рассмотреть Вселенную на всю ее глубину. Нам под силу обнаружить только сверхскопления, скопления и группы. Помимо этого наш космос имеет гигантские пустоты, пузыри темной материи.
Шаги на пути изучения Вселенной
Современная карта Вселенной позволяет нам не только определить свое местоположение в космосе. Сегодня, благодаря наличию мощных радиотелескопов и техническим возможностям телескопа Хаббл, человек сумел не только приблизительно подсчитать количество галактик во Вселенной, но и определить их типы и разновидности. Еще в 1845 году британский астроном Уильям Парсонс, с помощью телескопа исследуя облака газа, сумел выявить спиралевидную природу строения галактических объектов, акцентируя внимания на том, что в разных областях яркость звездных скоплений может быть большей или меньшей.
Сто лет назад Млечный Путь считался единственной известной галактикой, хотя математически было доказано наличие других межгалактических объектов. Свое название наш космический двор получил еще в глубокой древности. Древние астрономы глядя на мириады звезд на ночном небе, заметили характерную особенность их расположения. Основное скопление звезд было сосредоточено вдоль мнимой линии, напоминающей дорожку из разбрызганного молока. Галактика Млечный Путь, небесные светила другой хорошо знакомой галактики Андромеда являются самыми первыми вселенскими объектами, с которых началось изучение космического пространства.
Наш Млечный Путь имеет полный набор всех галактических объектов, который должна иметь нормальная галактика. Здесь присутствуют скопления и группы звезд, общее число которых примерно составляет 250-400 млрд. Имеются в нашей галактике облака газа, образующего рукава, присутствуют свои черные дыры и солнечные системы, подобные нашей.
Вместе с тем, Млечный Путь, как и Андромеда с Треугольником, являются только малой частью Вселенной, входящей в местную группу сверхскопления под названием Дева. Наша галактика имеет форму спирали, где основная масса звездных скоплений, облака газа и другие космические объекты двигаются вокруг центра. Диаметр внешней спирали составляет 100 тыс. световых лет. Млечный Путь — по космическим меркам не большая галактика, масса которой составляет 4,8х1011 Mʘ. В одном из рукавов Ориона Лебедя находится и наше Солнце. Расстояние от нашей звезды до центра Млечного Пути составляет 26 000 ± 1 400 св. лет.
Долгое время считалось, что одна из самых популярных среди астрономов туманность Андромеды является частью нашей галактики. Последующие исследования этой части космоса дали неопровержимые доказательства того, что Андромеда является самостоятельной галактикой, причем значительно крупнее, чем Млечный Путь. Полученные с помощью телескопов снимки показали, что Андромеда имеет собственное ядро. Здесь также присутствуют скопления звезд и имеются свои туманности, двигающиеся по спирали. Каждый раз астрономы пытались все глубже и глубже заглянуть внутрь Вселенной, исследуя обширные области космического пространства. Количество звезд в этом вселенском гиганте оценивается в 1 триллион.
Стараниями Эдвина Хаббла удалось установить примерное расстояние до Андромеды, которая никак не могла быть частью нашей галактики. Эта была первая галактика, которая подверглась такому пристальному изучению. Последующие годы дали новые открытия в области исследования межгалактического пространства. Более тщательно изучалась та часть галактики Млечный Путь, в которой находится наша Солнечная система. С середины XX века стало ясно, что помимо нашего Млечного Пути и хорошо известной Андромеды, в космосе имеется огромное количество других образований вселенского масштаба. Однако для порядка требовалось упорядочить космическое пространство. Если звезды, планеты и другие космические объекты поддавались классификации, то с галактиками дело обстояло сложнее. Сказывались огромные размеры исследуемых областей космического пространства, которые не только было трудно изучить визуально, но и оценить на уровне человеческой природы.
Типы галактик в соответствии с принятой классификацией
Хаббл первый решился на такой шаг, сделав в 1962 году попытку логическим путем классифицировать известные на тот момент галактики. Классификация осуществлялась на основании формы исследуемых объектов. В результате Хабблу удалось расставить все галактики по четырем группам:
- наиболее распространенным типом являются спиральные галактики;
- далее следуют эллиптические спиральные галактики;
- с перемычкой (бар) галактики;
- неправильные галактики.
Следует отметить, что наш Млечный Путь относится к типичным спиральным галактикам, однако есть одно «но». С недавнего времени выявлено наличие перемычки — бара, который присутствует в центральной части образования. Другими словами наша галактика берет свое начало не с галактического ядра, а вытекает из перемычки.
Традиционно спиральная галактика выглядит в форме диска спиралевидной плоской формы, в котором обязательно присутствует яркий центр – ядро галактики. Таких галактик больше всего во Вселенной и обозначаются они латинской буквой S. Помимо этого существуют разделение спиральных галактик на четыре подгруппы – So, Sa, Sb и Sc. Маленькие буквы обозначают наличие яркого ядра, отсутствие рукавов или наоборот, наличие плотных рукавов, охватывающих центральную часть галактики. В таких рукавах располагаются скопления звезд, группы звезд, в состав которых входит наша Солнечная система, прочие космические объекты.
Главной особенностью этого типа является медленное вращение вокруг центра. Млечный Путь совершает полный оборот вокруг своего центра за 250 млн. лет. Спирали, расположенные ближе к центру состоят в основном из скоплений старых звезд. Центр нашей галактики – это черная дыра, вокруг которой и происходит все основное движение. Протяженность пути по современным оценкам составляет по направлению к центру 1,5-25 тыс. световых лет. В процессе своего существования спиральные галактики могут сливаться с другими вселенскими образованиями меньших размеров. Свидетельством таких столкновений в более ранние периоды является наличие гало звезд и гало скоплений. Подобная теория лежит в основе теории образования спиральных галактик, которые стали результатом столкновения двух галактик, расположенных по соседству. Столкновение не могло пройти бесследно, придав общий вращательный импульс новому образованию. Рядом со спиральной галактикой находится карликовая галактика, одна, две или сразу несколько, являющиеся спутниками более крупного образования.
Близким по своей структуре и составу к спиральным галактикам являются эллиптические спиральные галактики. Это огромные, самые крупные вселенские объекты, включающие большое количество сверхскоплений, скоплений и групп звезд. В самых больших галактиках количество звезд превышает десятки триллионов. Основное отличие таких образований — сильно растянутая в пространстве форма. Спирали расположены в форме эллипса. Эллиптическая спиральная галактика М87 является одной из самых крупных во Вселенной.
С перемычкой галактики встречаются значительно реже. На них приходится примерно половины всех спиральных галактик. В отличие от спиральных образований, в таких галактиках начало берется из перемычки, называемой баром, вытекающей из двух самых ярких звезд, расположенных в центре. Ярким примером такого образования является наш Млечный Путь и галактика Большое Магелланово Облако. Ранее это образование относили к неправильным галактикам. Появление перемычки является на данный момент одной из основных областей исследования в современной астрофизике. По одной из версий, близко расположенная черная дыра высасывает и поглощает газ из соседних звезд.
Самые красивые галактики во Вселенной относятся к типу спиральных и неправильных галактик. Одной из самых красивых является галактика Водоворот, расположенная в небесном созвездии Гончие Псы. В данном случае отчетливо видны центр галактики и спирали, вращающиеся в одном направлении. Неправильные галактики представляют собой хаотически расположенные сверхскопления звезд, не имеющие четкой структуры. Ярким примером такого образования является галактика под номером NGC 4038, расположенная в созвездии Ворон. Здесь наряду с огромными газовыми облаками и туманностями можно увидеть полное отсутствие порядка в расположении космических объектов.
Выводы
Изучать Вселенную можно бесконечно. Каждый раз, с появлением новых технических средств, человек приоткрывает завесу космоса. Галактики являются самыми непостижимыми для человеческого разума объектами в космическом пространстве, как с психологической точки зрения, так и оглядываясь на науку.
Источник