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 . 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 , 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 .
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 . Сейчас считается, что ядра некоторых галактик представляют собой квазары.
Галактики - это огромные вращающиеся города звезд. Во Вселенной, по меньшей мере, 100 миллиардов галактик, разделенных между собой невообразимыми расстояниями практически пустого пространства. Без телескопа с Земли можно наблюдать только три галактики и часть нашей собственной Галактики Млечного Пути. Две из них называются Магеллановыми Облаками.
Такое название они получили в честь португальского мореплавателя Фернана Магеллана. Когда корабли Магеллана плыли в южных морях в 1519 году, члены экипажа увидели в небе две тускло светившиеся галактики. Новость об этом они привезли с собой в Европу.
Ближайшие галактики к Земле
Галактика Магеллановы Облака
Магеллановы Облака действительно выглядят как два небольших облака - неяркие и сплошные. Эти две маленькие галактики вращаются вокруг более крупного Млечного Пути. Так что Магеллановы Облака - наш ближайший сосед. Как малы эти галактики? Одна из них содержит 15 миллиардов солнц, другая только около 5 миллиардов. Для сравнения можно сказать, что в нашей Галактике около 200 миллиардов звезд.
Материалы по теме:
Другие планеты и планетарные системы
Галактика Туманность Андромеды
Третья галактика, которую можно наблюдать невооруженным глазом - Туманность Андромеды. Это спиральная галактика, похожая на Млечный Путь. Туманность Андромеды находится от нас на расстоянии 2,2 миллионов световых лет. Световой год - это расстояние, которое свет проходит за один год, пролетая 300000 километров в секунду. За год получается около 9,6 триллионов километров.
Эллиптические и спиральные галактики
Галактики бывают двух видов: эллиптические и спиральные. Астрономы давно подозревали, что их сходства и различия вроде балджей (вздутий) в центре и наличия или отсутствия плоского диска звезд указывают на эволюцию галактик.
Эллиптическая галактика
Когда в 1920-х годах наука постановила, что некоторые размытые туманности, которыми усыпано небо, - это галактики за пределами нашей, астрономы взялись их классифицировать. Галактики бывают двух основных типов: гладкие, эллипсообразной формы, и с отчетливым спиральным рисунком. Они называются, соответственно, эллиптическими и спиральными. Эдвин Хаббл, американский астроном, который первым установил, что туманности находятся за пределами Млечного Пути, на огромных расстояниях, предположил, что галактики образуют последовательность, и дал им соответствующие названия. Его классификация используется до сих пор. Эллиптические галактики обозначают буквой Е и номером (от 0 до 7), который возрастает в зависимости от того, насколько галактика вытянута. Е0 - почти круглая галактика, Е7 больше напоминает сигару. В трех измерениях эллиптические галактики имеют форму мяча для регби.
Спиральная галактика
Спиральные галактики, по схеме Хаббла, обозначают буквой S и дополнительной буквой (a, b или c) в зависимости от того, насколько туго закручены их спиральные рукава. Галактика Sa - тугая спираль, а Sc - свободная. В трех измерениях спиральные галактики сплющены, как летающая тарелка или линза. Картина усложняется тем, что в некоторых спиральных галактиках есть прямой элемент, или перемычка, проходящая через внутренние области галактики.
Составляя карту неба, астрономы нашли множество близко лежащих пар галактик, которые явно взаимодействовали между собой. В самых наглядных случаях из обеих галактик взаимным тяготением вытягиваются длинные, как у головастиков, хвосты звезд, - как, например, в паре сталкивающихся галактик Антенны:
Другие галактики прокладывают себе путь прямо сквозь центр своей напарницы, поднимая облака звезд и дымящиеся кольца газа. Получающиеся возмущения зачастую порождают чрезвычайно яркое свечение, поскольку в клубящихся облаках газа формируются новые звезды. Эти молодые голубые звезды могут быть окутаны космической сажей, и некоторые их области от этого светят красным, подобно тому, как пыль делает ярче закат солнца на Земле. Слияние галактик - потрясающее зрелище. Тем не менее подробности строения галактик остаются неясными. Чтобы уничтожить огромный диск звезд и оставить голый эллиптический балдж, потребовалось бы катастрофическое столкновение, а, чтобы галактика образовала достаточных размеров диск, не разрушаясь, требуется постепенное мягкое приращение. Астрономы видят лишь немногие галактики в промежуточных состояниях, и истинная картина того, как именно галактики меняются через слияние, скорее всего, очень сложна.
В галактиках может содержаться от миллионов до триллионов звезд. Эллиптические галактики и балджи спиральных состоят в основном из старых красных звезд. Они движутся по произвольно наклоненным орбитам, тем самым создавая раздутую эллипсоидную форму галактики или балджа. Диски же спиральных галактик в основном состоят из молодых голубых звезд. Они сосредоточены в спиральных рукавах; при прохождении рукава сквозь газовое облако диска в нем запускается формирование звезд. Диски спиралей содержат огромное количество газа, особенно водорода. В эллиптических галактиках содержится очень мало газа, и поэтому новых звезд в них рождается меньше. В галактических же дисках была открыта темная материя. Края спиралей движутся слишком быстро, чтобы объяснить это лишь их массой в звездах и газе, а значит, присутствует еще какая-то форма материи. Она может существовать в форме экзотических частиц, которые трудно обнаружить, поскольку они редко вступают во взаимодействие, или в виде сжатых массивных объектов вроде черных дыр, незагоревшихся звезд или газовых планет. Темная материя образует сферический кокон вокруг галактики, который называется «гало галактики».
Одни и те же основные типы галактик существуют по всей Вселенной. Чтобы понять, как выглядит средний срез далекой Вселенной, в 1995 году космический телескоп «Хаббл» следил за небольшой полоской неба (шириной в 2,5 угловые минуты) в течение 10 дней. Орбитальная обсерватория позволила астрономам наблюдать космос намного глубже, чем это возможно через телескопы с Земли, и вид далеких галактик открылся нашим глазам. Свету нужно время, чтобы дойти до нас через космические пространства, и потому мы видели эти галактики такими, какими они были миллиарды лет назад. Поскольку было специально выбрано поле без звезд на переднем плане, почти все 3000 объектов в кадре - далекие галактики. Большинство из них можно классифицировать как эллиптические и спиральные, а значит, оба типа сформировались очень давно. Но неправильных и маленьких голубых галактик больше в далекой Вселенной, чем ближе к нам. Кроме того, 8–10 миллиардов лет назад звезды формировались в 10 раз быстрее, чем сейчас. Оба фактора заставляют предположить, что быстрый рост галактик в молодой Вселенной обусловлен более частыми их столкновениями.
Галактики группируются вместе, образуя скопления - самые большие элементы Вселенной, скрепляемые воедино силой тяготения. Эти массивные нагромождения из тысяч галактик содержат резервуары очень горячего газа и темной материи, разбросанные между членами скопления.
Скопления галактик удерживает вместе сила тяготения. Как звезды движутся по орбитам в галактиках, так и галактики движутся по траекториям вокруг центра масс скопления. Типичное большое скопление галактик имеет массу в миллион миллиардов раз больше Солнца. Само пространство, время искривляется от такого количества материи в столь малом объеме. По аналогии с резиновым полотном скопления лежат во вмятине, образованной их собственным весом. Но в нее падают не только галактики - в яме пространства-времени накапливается и газ. Скопления галактик полны горячего газа. Из-за его высокой температуры - миллионы градусов Цельсия - это море газа светится достаточно ярко, чтобы испускать рентгеновские лучи, которые можно обнаружить со спутников. Горячий газ называют межкластерным носителем информации. Похожим образом в гравитационном колодце скоплений собирается темная материя. Поскольку астрономы надеются увидеть темную материю в новой среде, за пределами отдельных галактик, они высматривают в скоплениях необычные знаки, которые помогут им понять, из чего состоит темная материя. Скопления можно нелестно представить, как космические свалки: они так велики, что в них падает что попало. Потому они и интересны космическим археологам. Более того, как самые крупные объекты, какие удерживает вместе сила тяготения, они должны, по идее, содержать обычную и темную материи в тех же пропорциях, что и во всей Вселенной. Если бы можно было посчитать массу всех скоплений, получилась бы приблизительная величина общей массы Вселенной.
Вселенная огромна и увлекательна. Сложно представить, насколько мала Земля по сравнению с космической бездной. Согласно самых осторожных предположений астрономов, существует 100 миллиардов галактик, а Млечный Путь - лишь одна из них. Что же касается Земли, только во Млечном пути есть 17 миллиардов подобных планет... и это не считая других, которые радикально отличаются от нашей планеты. А среди галактик, которые сегодня стали известны ученым, встречаются очень необычные.
1. Messier 82
Messier 82 или просто M82 - галактика в пять раз ярче Млечного Пути. Это обусловлено очень быстрым процессом рождением молодых звезд в ней – они появляются в 10 раз чаще, чем в нашей галактике. Красные шлейфы, исходящие из центра галактики - пылающий водород, который выбрасывается из центра M82.
2. Галактика-подсолнечник
Формально известная как Messier 63, эта галактика была прозвана Подсолнечником, поскольку выглядит так, будто сошла с картины Винсента Ван Гога. Ее яркие, извилистые "лепестки" состоят из недавно образованных сине-белых гигантских звезд.
3. MACS J0717
MACS J0717 является одной из самых странных галактик, известных ученым. Технически это не один звездный объект, а скопление галактик - MACS J0717 образовалась при столкновении четырех других галактик. Причем процесс столкновения идет уже более 13 миллионов лет.
4. Messier 74
Если бы у Санта Клауса была любимая галактика, то это явно стала бы Messier 74. О ней часто вспоминают астрономы во время рождественских праздников, ведь галактика очень похожа на Рождественский венок.
5. Галактика Baby Boom
Находящаяся примерно в 12,2 миллиардах световых лет от Земли, галактика "бэби-бум" была обнаружена в 2008 году. Получила она свое прозвище из-за того, что в ней невероятно быстро рождаются новые звезды - примерно каждые 2 часа. К примеру, в Млечному Пути новая звезда появляется в среднем каждые 36 дней.
6. Млечный путь
Наша Галактика Млечный Путь (в которой находится Солнечная система, а, соответственно, и Земля) действительно является одной из самых примечательных из известных ученым галактик во Вселенной. В ней есть, по крайней мере 100 миллиардов планет и около 200-400 миллиардов звезд, некоторые из которых являются одними из старейших в известной вселенной.
7. IDCS 1426
Благодаря кластеру галактик IDCS 1426 сегодня можно видеть то, какой была Вселенная на две трети моложе, чем сейчас. IDCS 1426 является самым массивном скоплением галактик в ранней Вселенной, которое имеет массу около 500 триллионов Солнц. Ярко-синее ядро галактики из газа является результатом столкновением галактик в этом кластере.
8. I Zwicky 18
Карликовая голубая галактика I Zwicky 18 - самая молодая из известных галактик. Ее возраст составляет всего 500 миллионов лет (возраст Млечного пути - 12 миллиардов лет) и она по сути пребывает в состоянии эмбриона. Это гигантское облако холодного водорода и гелия.
9. NGC 6744
NGC 6744 - большая спиральная галактика, которая (как считают астрономы) одна из наиболее похожих на наш Млечный путь. У галактики, расположенной примерно в 30 миллионах световых лет от Земли, на удивление идентичные с Млечным путем удлиненное ядро и спиральные рукава.
10. NGC 6872
Галактика, известная как NGC 6872, является второй по величине спиральной галактикой из когда-либо обнаруженных учеными. В ней было найдено множество областей активного звездообразования. Поскольку в NGC 6872 практически не осталось свободного водорода для образования звезд, она "высасывает" его из соседней галактики IC 4970.
11. MACS J0416
Найденная в 4,3 миллиардах световых лет от Земли, галактика MACS J0416 больше похожа на какое-то световое шоу на модной дискотеке. На самом деле, за яркими фиолетовыми и розовыми цветами скрывается событие колоссального масштаба - столкновение двух скоплений галактик.
12. M60 и NGC 4647 - галактическая пара
Хотя гравитационные силы притягивают большинство галактик друг к другу, нет никаких доказательств того, что подобное происходит с соседними Messier 60 и NGC 4647. При этом также нет никаких доказательств того, они отдаляются друг от друга. Как пара, давным-давно живущая вместе, эти две галактики так и мчатся бок о бок через холодный и темный космос.
13. Messier 81
Расположенная неподалеку от Messier 25, Messier 81 является спиральной галактикой со сверхмассивной черной дырой в центре, масса которой в 70 миллионов раз больше массы Солнца. M81 является домом для многих короткоживущих, но очень горячих голубых звезд. Гравитационное взаимодействие с M82 привело к тому, что между обеими галактики протянулись шлейфы газообразного водорода.
Около 600 миллионов лет назад галактики NGC 4038 и NGC 4039 врезались друг в друга, начав массово обмениваться звездами и галактической материей. Из-за внешнего вида эти галактики прозвали антеннами.
15. Галактика Сомбреро
Галактика Сомбреро - одна из самых популярных среди астрономов-любителей. Название она получила из-за того, что благодаря своему яркому ядру и большой центральной выпуклости выглядит как этот головной убор.
16. 2MASX J16270254 + 4328340
Эта расплывчатая на всех снимках галактика известна под довольно сложным названием 2MASX J16270254 + 4328340. В результате слияния двух галактик образовался "мелкодисперсный туман, состоящий из миллионов звезд". Считается, что этот "туман" медленно рассеивается, поскольку срок жизни галактики истекает.
17. NGC 5793
Не слишком странная (хотя очень красивая) на первый взгляд, спиральная галактика NGC 5793 более известна своим редким явлением: мазерами. Люди знакомы с лазерами, которые излучают свет в видимой области спектра, но мало кто знает о мазерах, которые излучают свет в диапазоне СВЧ.
18. Галактика Треугольника
На фото изображена туманность NGC 604, расположенная в одном из спиральных рукавов галактики Messier 33. Более 200 очень горячих звезд нагревают ионизованный водород в этой туманности, что заставляет его флуоресцировать.
19. NGC 2685
NGC 2685, которую также иногда называют спиральной галактикой, находится в созвездии Большой Медведицы. Будучи одной из первых найденных полярных кольцевых галактик, NGC 2685 имеет внешнее кольцо из газа и звезд, вращающихся вокруг полюсов галактики, что делает ее одной из самых редких разновидностей галактик. Ученые до сих пор не знают, что приводит к образованию этих полярных колец.
20. Messier 94
Messier 94 выглядит как ужасный ураган, который был снят на Земле с орбиты. Эта галактика окружена ярко-голубыми кольцами активно формирующихся звезд.
21. Кластер Пандоры
Формально известная как Abell 2744, эта галактика была прозвана кластером Пандоры из-за целого ряда странных явлений, вытекающих из столкновения нескольких более мелких скоплений галактик. В ней творится настоящий хаос.
22. NGC 5408
То, что больше похоже на снимках на разноцветный праздничный торт, - неправильная галактика в созвездии Центавра. Примечательна она тем, что испускает сверхмощное рентгеновское излучение.
23. Галактика Водоворот
Галактика Водоворот, официально известная как M51a или NGC 5194, достаточно большая и близкая к Млечному пути, чтобы ее можно было бы увидеть на ночном небе даже в бинокль. Она была первой классифицированной спиральной галактикой и представляет особый интерес для ученых благодаря своему взаимодействию с карликовой галактикой NGC 5195.
24. SDSS J1038 + 4849
Скопление галактик SDSS J1038 + 4849 является одним из самых привлекательных кластеров, когда-либо найденных астрономами. Выглядит он как настоящий смайлик в космосе. Глаза и нос являются галактиками, а изогнутая линия "рта" обусловлена воздействием гравитационного линзирования.
25. NGC3314a и NGC3314b
Хотя эти две галактики выглядят как будто они сталкиваются, на самом деле это оптический обман. Между ними десятки миллионов световых 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 .
Есть также много галактических подтипов: сейфертовские (спирали с быстрым движением), яркие эллиптические супергиганты (поглощают других), кольцевые (без ядра) и прочие.
