Галактики Вселенной

Галактика часто воображается нами такой, какой традиционно показывается в энциклопедиях и документальных фильмах — громадной спиралью из голубоватого дыма, в котором прячутся гроздья звезд, посередине которой ярко светит ядро. Однако такой «звездный остров» — всего лишь одна разновидность правильных структур. Ведь бывают и неправильные галактики, лишенные выраженных ядер и рукавов — они бултыхаются в космическом пространстве подобно яйцу, разбитому в невесомости. Издали они мало чем отличаются от хаотичных туманностей: разница состоит в размерах и концентрации звезд.

Галактика Андромеды — ближайшая к нам крупная галактика

Итак, что нужно, чтобы назвать объект галактикой?

  • Во-первых, это наличие в ней звезд и звездных скоплений — они составляют львиную долю видимой нам материи галактики. Но только видимой: большую часть массы любой галактики составляют прослойки газа и пыли, молекулярные облака и темная материя.
  • Во-вторых, все это богатство должно быть связано в гравитационной системе и вращаться вокруг общего центра масс. Обычно им выступает галактический центр, о котором речь пойдет дальше — но его отсутствие не препятствие.
  • Кроме внутреннего гравитационного взаимодействия, галактики взаимодействуют между собой. Меньшие «звездные острова» вращаются вокруг больших — а те выстраивают связи с другими гигантами, включаясь в крупномасштабную структуру Вселенной. Но в отличие от планет и их спутников, галактики славятся «хищными» нравами. Наш Млечный путь близок к тому, чтобы через пару миллиардов лет поглотить своих спутников, Большое и Малое Магеллановы Облака — а после этого его «слопает» галактика Андромеды.

Большое Магелланово облако — галактика-спутник Млечного пути

  • Видной характеристикой галактики является размер — как и содержание звезд, так и размах. Однако тут как раз точности и нет. Существуют галактики, которые в радиусе сотни–второй световых лет вмещают сотни миллионов звезд. Но бывают и другие, в которых на ту же сотню световых лет рассыпаны считаные тысячи звезд. Поэтому единственный четкий критерий тут — это гравитационная отделенность от близлежащих «островов» и наличие собственного центра массы. Так, во Вселенной одновременно существуют галактики с несколькими тысячами светил, и с сотнями триллионов звезд.

Как видите, нет четких рамок или определения для понятия что такое галактика. Поэтому они такие разнообразные, часто совсем невообразимые. Это и сверхяркие мощные квазары, и Великий Аттрактор, и громадные звездные поля протяженностью в миллионы световых лет. Но даже у самых обычных галактик есть чем удивить. Об этом дальше.

Галактические объединения и состав галактик

Галактики состоят всего из трех компонент:

  1. Тёмная материя, составляет основную часть массы
  2. Межзвездный газ и пыль, которого 10 – 30%
  3. Звёзды, черные дыры, нейтронные звезды, планеты, астероиды и прочая мелочь общей массой около 1%

Около 95% галактик собраны в группы. Минимальные группы насчитывают всего несколько десятков объектов, а большие — десятки тысяч. Сотни галактик объединяются в скопления, а тысячи – в сверхскопления.

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.

Астрофизические параметры и типы галактик

Первые исследования космоса, проведенные в начале XX века, дали обильную почву для размышлений. Обнаруженные в объектив телескопа космические туманности, которых со временем насчитали более тысячи, представляли собой интереснейшие объекты во Вселенной. Длительное время эти светлые пятна на ночном небе считались скоплениями газа, входящими в структуру нашей галактики. Эдвин Хаббл в 1924 году сумел измерить расстояние до скопления звезд, туманностей и сделал сенсационное открытие: эти туманности – ни что иное, как далекие спиралевидные галактики, самостоятельно странствующие в масштабах Вселенной.

Читать еще:  Солнце может дать мощный "Суперсвет" в ближайшие 100 лет, предупреждают ученые

Американский астроном впервые предположил, что наша Вселенная – это множество галактик. Исследования космоса в последней четверти XX века, наблюдения, сделанные с помощью космических аппаратов и техники, включая знаменитый телескоп Хаббл, подтвердили эти предположения. Космос безграничен и наш Млечный путь – далеко не самая крупная галактика во Вселенной и к тому же не является ее центром.

Только с появлением мощных технических средств наблюдения, Вселенная стала обретать четкие очертания. Ученые столкнулись с тем фактом, что даже такие огромные образования, какими являются галактики, могут отличаться по своей структуре и строению, форме и размерам.

Усилиями Эдвина Хаббла мир получил систематизированную классификацию галактик, делящую их на три типа:

  • спиральные;
  • эллиптические;
  • неправильные.

Эллиптические галактики и спиральные являются самыми распространенными типами. К ним относятся наша галактика Млечный Путь, а также соседняя с нами галактика Андромеда и многие другие галактики во Вселенной.

Эллиптические галактики имеют форму эллипса и вытянуты в одном из направлений. Эти объекты лишены рукавов и часто меняют свою форму. По своим размерам эти объекты также отличаются друг от друга. В отличие от спиральных галактик, эти космические монстры не имеют четко выраженного центра. Ядро в таких структурах отсутствует.

По классификации такие галактики обозначаются латинской буквой E. Все на сегодняшний день известные эллиптические галактики разделены на подгруппы E0-E7. Распределение по подгруппам осуществляется в зависимости от конфигурации: от галактик почти круглой формы (E0, E1 и E2)до сильно растянутых объектов с индексами E6 и E7. Среди эллиптических галактик встречаются карлики и настоящие гиганты, имеющие диаметры в миллионы световых лет.

К спиральным галактикам относятся два подтипа:

  • галактики, представленные в виде пересеченной спирали;
  • нормальные спирали.

Первый подтип выделяется следующими особенностями. По форме такие галактики напоминают правильную спираль, однако в центре такой спиральной галактики находится перемычка (бар), дающая начало рукавам. Такие перемычки в галактике обычно являются следствием физических центробежных процессов, делящих ядро галактики на две части. Существуют галактики с двумя ядрами, тандем которых и составляет центральный диск. Когда ядра встречаются, перемычка исчезает и галактика становится нормальной, с одним центром. Существует перемычка и в нашей галактике Млечный путь, в одном из рукавов которой находится наша Солнечная система. От Солнца к центру галактики путь по современным оценкам составляет 27 тыс. световых лет. Толщина рукава Ориона Лебедя, в котором пребывает наше Солнце и вместе с ним наша планета, составляет 700 тыс. световых лет.

В соответствии с классификацией спиральные галактики обозначаются латинскими буквами Sb. В зависимости от подгруппы, существуют и другие обозначения спиральных галактик: Dba, Sba и Sbc. Разница между подгруппами определяется длиной бара, его формой и конфигурацией рукавов.

Спиральные галактики могут иметь различные размеры, начиная от 20 000 световых лет и до 100 тыс. световых лет в диаметре. Наша галактика «Млечный Путь» пребывает в «золотой серединке», своими размерами тяготея к галактикам средней величины.

Самый редкий тип – неправильные галактики. Эти вселенские объекты представляют собой крупные скопления звезд и туманностей, не имеющие четкой формы и структуры. В соответствии с классификацией они получили индексы Im и IO. Как правило, у структур первого типа диска нет или он слабо выражен. Нередко у таких галактик можно рассмотреть подобие рукавов. Галактики с индексами IO представляют собой хаотическое скопление звезд, облаков газа и темной материи. Яркими представителям такой группы галактик являются Большое и Малое Магелланово Облако.

Все галактики: правильные и неправильные, эллиптические и спиральные, состоят из триллионов звезд. Пространство между звездами с их планетарными системами заполнено темной материей или облаками космического газа и частицами пыли. В промежутках этих пустот находятся черные дыры, большие и малые, которые нарушают идиллию космического спокойствия.

Исходя из имеющейся классификации и по результатам исследований, можно с некоторой долей уверенности ответить на вопрос, сколько галактик во Вселенной и какого они типа. Больше всего во Вселенной спиральных галактик. Их более 55 % от общего количества всех вселенских объектов. Эллиптических галактик в два раза меньше – всего 22% от общего числа. Неправильных галактик, аналогичных Большому и Малому Магеллановым Облакам, во Вселенной только 5%. Одни галактики соседствуют с нами и находятся в поле зрения мощнейших телескопов. Другие находятся в самом дальнем пространстве, где преобладает темная материя и в объективе видна больше чернота бескрайнего космоса.

Читать еще:  Новый портрет самой известной черной дыры

Что такое галактика?

Если вы посмотрите на ночное небо через телескоп, то вы увидите то, чего не видно невооружённым глазом: множество звёзд, которые на самом деле являются самозванцами. Многие из этих точек света на самом деле являются галактиками – скоплениями миллионов или триллионов звёзд. Галактики состоят из звёзд, пыли и тёмной материи, соединённых силами гравитации.

Астрономы до сих пор точно не знают, как именно образовались галактики. После Большого Взрыва пространство почти полностью состояло из водорода и гелия. Некоторые астрономы считают, что гравитация объединяла пыль и газ, образуя отдельные звёзды, и эти звёзды в конечном итоге объединились в более крупные структуры – галактики. Другие думают, что пыль и газ объединились в массивные облака (предшественники галактик), после чего в них начали происходить процессы звездообразования. Астрономы также совершенствуют свои методы измерения массы отдельных галактик, как, например, в исследовании 2018 года, в котором использовались трёхмерные движения нескольких галактик для более точного определения массы Млечного Пути.

Открытие галактик

В начале 1900-х многие астрономы думали, что вся Вселенная находится в нашей галактике, Млечном Пути. Другие, такие как Харлоу Шепли, учёный и глава обсерватории Гарвардского колледжа, утверждали, что капли в форме спирали, которые считались пылью и газом, были отдельными от нашей галактики объектами, и называли их “островными вселенными”.

Лишь в 1924 году Эдвин Хаббл обнаружил несколько пульсирующих звёзд, называемых переменные цефеид, и понял, что они находятся далеко за пределами Млечного Пути. Эти небесные объекты были уникальными объединениями звёзд на расстояниях далеко за пределами нашей родной галактики.

Галактики NGC 3972 (слева) и NGC 1015 (справа), которые содержат пульсирующие переменные звёзды (цефеиды). Авторы и права: A. Riess (STScl / JHU) / NASA / ESA.

После того, как Хаббл измерил расстояние до отдельных галактик, он продолжил измерять их доплеровский сдвиг. Он определил, что галактики вокруг Млечного Пути удаляются от нас с невероятной скоростью. Чем дальше галактики, тем быстрее они убегают. Благодаря этому он смог определить, что сама Вселенная расширяется, и спустя годы астрономы выяснили, что она расширяется с ускорением.

Характеристики галактик

В центрах большинства галактик находятся чёрные дыры, которые могут производить огромное количество энергии, благодаря чему астрономы могут видеть галактики, находящиеся на значительных расстояниях. В некоторых случаях центральная чёрная дыра галактики является чрезвычайно большой или активной, даже в относительно небольших галактиках. Материал, окружающий чёрную дыру, может быть разогнан и выброшен в космическое пространство в виде джетов. Другие галактики могут содержать в своих ядрах квазары – самые энергичные тела во Вселенной.

Галактики классифицируются по форме. Каждый тип имеет разные характеристики и свою историю развития.

На этом изображении “Хаббла” показана спиральная галактика NGC 5033. Авторы и права: NASA / ESA / Hubble / Judy Schmidt.

Некоторые, как Млечный Путь, имеют рукава, закручивающиеся по спирали от центра галактики. Известные как спиральные галактики, эти группы составляют большую часть галактик, которые могут видеть астрономы. Газ и пыль в спиральной галактике кружатся вокруг центра со скоростью несколько сотен километров в секунду, создавая тем самым форму всей галактики. Некоторые, известные как “спирали с перемычками”, имеют в центре стержнеобразную структуру, образованную пылью и газом, движущемся к центру. Пыль и газ в спиральных галактиках постоянно подпитывают процессы звездообразования.

Читать еще:  2 дом в Рыбах. Деньги сами плывут в руки

Эллиптическим галактикам не хватает спиральных рукавов своих более ярких родственников. Их внешний вид варьируется от круглого до очень вытянутого. Эллиптические галактики имеют меньше пыли, чем их спиральные аналоги, и поэтому процесс создания звёзд в них практически остановился. Большинство звёзд в этих галактиках очень старые. Хотя они составляют меньшую часть видимых галактик, астрономы считают, что более половины галактик во Вселенной являются эллиптическими.

Эллиптическая галактика NGC 4696. Авторы и права: Hubble / NASA / ESA.

Оставшиеся 3 процента галактик во Вселенной известны как неправильные галактики. Они не являются круглыми и не могут похвастаться спиральными рукавами, а их формы не имеют определенного названия. Гравитация других галактик часто влияла на них, растягивая их или деформируя. Столкновения или сближения с другими галактиками также могли стать причиной изменения их формы.

Слияния галактик

Галактики не плавают в пространстве изолированно, а сгруппированы в группы, известные как скопления. Некоторые скопления очень большие, содержат более тысячи галактик, а другие гораздо меньше. Млечный Путь принадлежит скоплению, известному как Местная Группа, которая содержит всего 50 галактик.

Иногда галактики сталкиваются друг с другом, объединяя свои звёзды и пыль вместе. Это важный шаг в эволюции и росте многих галактик. В конце 2018 года астрономы провели исследование, в котором наблюдали за тем, как две сверхмассивные чёрные дыры врезаются друг в друга на заключительных этапах галактического слияния.

Столкновение двух спиральных галактик NGC 4038 и NGC 4039, которые расположены на расстоянии около 62 миллионов световых лет от Земли. Авторы и права: NASA / ESA / B. Whitmore, STScI.

Обычно, при слиянии галактик, отдельные звёзды не сталкиваются, но приток пыли и газа увеличивает скорость звездообразования. Млечный Путь должен столкнуться с галактикой Андромеды примерно через 5 миллиардов лет, и столкновения происходили и в его далёком прошлом; его характерная выпуклость могла появиться после поглощения карликовой галактики. Аналогично и галактика Андромеды, вероятно, поглотила одного из своих соседей.

Новые исследования галактик

В последние годы астрономы пристально следят за галактиками и за тем, как на их эволюцию влияет тёмная материя, вещество, которое невозможно обнаружить с помощью обыкновенных телескопов. Считается, что тёмная материя и тёмная энергия вместе составляют большую часть массы и энергии всей Вселенной, но их существование трудно доказать, потому что мы можем видеть их только через влияние, которое они оказывают на обычные объекты, такие как галактики.

В 2017 году астрономы обнаружили две огромные и очень старые галактики, которые образовались в море тёмной материи. Чрезвычайно большой размер галактик заставляет учёных задаться вопросом: постепенно ли они увеличивались со временем или какой-то другой процесс помог им в этом. Всего через несколько месяцев после этого открытия астрономы также обнаружили группу галактик, которые вращались синхронно друг с другом по схеме, которую можно было объяснить только наличием тёмной материи.

Новый снимок космического телескопа “Хаббл”, показывающий 15 000 галактик. Авторы и права: P. Oesch (University of Geneva) and M. Montes (University of New South Wales) / NASA / ESA.

Однако в 2018 году группа исследователей поставила под сомнение теорию тёмной материи, когда обнаружила, что галактика под названием NGC 1052-DF2 содержит примерно в 400 раз меньше тёмной материи, чем предсказывали модели для объекта такого размера, что также может изменить модели эволюции галактик. Тем не менее, результаты исследования являются противоречивыми и всё ещё обсуждаются.

В 2018 году снимок, переданный, космическим телескопом “Хаббл” сумел вместить в себя примерно 15 000 галактик, обеспечивая тем самым обширные охотничьи угодья для будущих галактических исследований. И в том же году сотни галактик были обнаружены за сверхмассивной чёрной дырой, которая ранее скрывала их от взора астрономов.

Ссылка на основную публикацию
Статьи на тему:

Adblock
detector