Галактики. Большой путеводитель по Вселенной - Джеймс Гич

Эдвин Хаббл придумал схему классификации для эллиптических, спиральных и линзовидных галактик, основанную на их морфологическом типе (Sa, Sb, E и т. д.), которая построена на идее, что галактики преобразуются в различные типы в эволюционной последовательности. Теперь мы знаем, что это не совсем так, как это было первоначально сформулировано. Схема маркирует спиральные галактики в соответствии с их спиральностью, эллиптические классифицирует по их эллиптической природе и размещает всю конструкцию вдоль так называемой последовательности Хаббла. Эта последовательность начинается с эллиптических фигур, близких к сферической по форме (E0), и проходит через различные уровни эллиптической формы (от E1 до E7).

Затем мы подходим к несколько сомнительному классу S0, который морфологически лежит где-то между истинной эллиптической и спиральной галактиками. После класса S0 последовательность разветвляется. Одно направление содержит спиральные галактики Sa, Sb и далее, другое – спиральные галактики с перемычкой SBa, SBb и т. д. Такое разветвление – причина, почему последовательность также называют камертоном, или вилкой, Хаббла. Он не отражает физической связи между этими типами, но тем не менее признан удобным средством классификации различных типов галактик и продолжает использоваться и сегодня. Если один астроном представляет какую-то галактику и говорит:

«Вот галактика Sab, которая очень интересна по таким-то причинам», остальные понимают, о каком типе идет речь. Вы заметите, что карликовые галактики не вписываются в эту схему, хотя иногда их привязывают к концу спиральной последовательности как иррегулярные, объединяя две ветви камертона. Последовательность Хаббла в основном содержит все типы развитых массивных галактик, но не описывает морфологически измененные галактики, как те, что мы обнаруживаем, например, во взаимодействующих и сливающихся системах, где гравитационные силы искажают правильную структуру. Как мы узнаем позже, взаимодействующие системы очень важны для понимания истории эволюции некоторых галактик.

Сердца галактик

Балдж галактики (в нашем случае – центр диска) самая плотная галактическая среда. Балдж Млечного Пути настолько переполнен звездами и пылью, что мы не сможем увидеть его центр, если попытаемся рассмотреть его с помощью оптического света. Только инфракрасные лучи могут «пройти» часть затемняющей пыли, потому что такой свет меньше поглощается.

Ориентация галактик на небе случайна (хотя некоторые гравитационные эффекты могут служить для корреляции ориентации галактик в некоторых средах), поэтому мы видим лицевую сторону галактик, лежащих по отношению к нам ребром. Это наблюдение хорошо иллюстрирует снимок Триплета Льва – группы спиральных галактик в той части неба, которая содержит одноименное созвездие. Многие астрономические объекты названы в честь созвездий, в которых они могут быть найдены, например галактика Андромеды. Несмотря на то что сами галактики расположены намного дальше, чем составляющие астеризм звезды, легко идентифицируемые структуры созвездий дают нам удобный способ указывать местоположение того или иного объекта на небе

Инфракрасное «зрение» позволяет нам увидеть множество звезд: глубокие изображения центра Галактики открывают почти невероятное количество звезд, скопившихся в самом сердце Млечного Пути. В некотором смысле балдж похож на уменьшенную версию эллиптической галактики, содержащей старые звезды на случайных орбитах. Однако балдж жив: в центральных областях спиральных балджей галактик, подобных нашей, еще могут идти активные процессы звездообразования. Общая черта внутренней «ядерной» области спиральных галактик – небольшой плотный диск из газа и пыли, который может быстро образовывать звезды. В некоторых галактиках скорость звездообразования в ядре чрезвычайно высока из-за огромной плотности накопившегося там газа, иногда смещающегося к центру галактики при помощи бара, который, как мы видели, часто присутствует в спиралях. Хотя мы и верим, что Млечный Путь – это спиральная галактика с перемычкой, он не слишком экстремален с точки зрения активности своего ядра. Но наша Галактика все еще остается интересной астрофизической средой.

На этом глубоком изображении спиральной галактики NGC 4911 в скоплении галактик Кома (Волосы Вероники) видно слабое призрачное излучение звезд на дальних окраинах спиральных рукавов вокруг яркой центральной спирали, окрашенной в синий и розовый цвета с излучением звезды молодых звезд и туманного света областей HII, исчерченных полосами пыли. Протяженные внешние рукава искажены и гравитационно нарушены влиянием соседней галактики. В переполненной среде скопления галактик гравитационные взаимодействия между ними могут быть обычным явлением: они морфологически изменяют дисковые галактики, такие как NGC 4911, а также модифицируют историю их звездообразования путем возмущения или, в некоторых случаях, удаления их газовых резервуаров, содержащих строительный материал для будущих поколений звезд

Пример иррегулярной карликовой галактики – NGC 4214, находящаяся на этапе звездного взрыва. Карлики – это галактики с самой низкой массой во Вселенной, но часто они образуют множество новых звезд и обычно не имеют определенной формы. На этом изображении в галактике преобладают свет молодых голубых звезд и свечение ионизированного водорода вокруг областей звездообразования. Благодаря звездным ветрам и радиационному давлению новые звездные скопления фактически сдувают газовые облака, из которых они образовались. Это можно увидеть здесь: яркое звездное скопление внизу слева образует полость, или пузырь, окруженный ионизированным газом области HII

В центре каждой галактики со значительным звездным балджем всегда есть компактная сверхмассивная черная дыра. В предыдущей главе мы узнали, что в квазарах и некоторых других галактиках такая черная дыра активно растет за счет аккреции вещества, что приводит к выделению огромного количества энергии, которая может доминировать в выработке энергии галактики. Однако в большинстве галактик сверхмассивная черная дыра пребывает в состоянии сна и покоя. Эллиптические галактики, несмотря на то что не образуют новых звезд, также могут содержать в своем центре активные черные дыры. Они приводятся в движение аккрецией вещества и способны излучать энергичные частицы (например, электроны) наружу со скоростями, близкими к скорости света. Когда эти быстро движущиеся частицы взаимодействуют с другими газовыми и магнитными полями в галактике, излучаются радиоволны. Иногда мы видим радиопоток – узкий мощный коллимированный (не расходящийся) луч, который может очень зрелищно вырываться из галактики во внегалактическое пространство.