Внегалактические объекты

Галактики

Гала́ктики (внегалактические туманности, внешние галактики), гигантские звёздные системы, находящиеся за пределами нашей . Исследование галактик – одна из основных задач .

Невооружённым глазом на небе видно всего три галактики, представляющиеся туманными пятнами: в Северном полушарии и Большое и Малое  – в Южном. Телескопические наблюдения привели в 18 в. к созданию первых каталогов туманных объектов, среди которых были и внегалактические туманности (, Италия, и , Англия). Современные каталоги галактик содержат сотни тысяч объектов. В середине 19 в. у нескольких туманностей была открыта спиральная структура (, Ирландия). Существенный прогресс в изучении галактик связан с использованием с конца 19 в. крупных телескопов и фотографических методов наблюдений.

Классификация и структура галактик

Многообразие наблюдаемых форм галактик потребовало разработки их классификации. Гигантская эллиптическая галактика NGC 1316Рис. 1. Гигантская эллиптическая галактика NGC 1316 (тип E, по классификации Хаббла), расположенная на расстоянии 60 млн световых лет от Земли в созвездии Печь. Некоторые из звездоподобных объектов на снимке – это шаровые звёздные скопления, принадлежащие данной галактике. Фото: телескоп VLT (Европейская южная обсерватория).Первая классификация галактик, данная в 1920-х гг. , оказалась настолько удачной, что с небольшими модификациями используется до настоящего времени. Все галактики были разделены на три типа: эллиптические, спиральные и неправильные (иррегулярные). (рис. 1) лишены структурных деталей и подразделяются на подтипы от E0 до E7 по степени сжатия. , обладающие дисками (как это видно у галактик, наблюдаемых «с ребра»), составляют две последовательности – нормальных (S; рис. 2, 3) и пересечённых (SB; рис. 4) спиральных галактик. У первых начинаются от яркого центрального сгущения (), у вторых в центре, помимо центрального сгущения, имеется (перемычка), из концов которого и начинаются спиральные ветви. По степени закрученности спиральных ветвей, различимости в них деталей и относительной яркости центрального сгущения и спиралей обе последовательности подразделяются на ряд подтипов (Sa, Sb и т. д.). Спиральная галактика NGC 1376Рис. 2. Спиральная галактика NGC 1376, расположенная в созвездии Эридан на расстоянии более 180 млн световых лет от Земли. Фото: космический телескоп «Хаббл». NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI / AURA). Acknowledgment: R. Thompson (University of Arizona). CC BY 4.0 (рис. 5) характеризуются отсутствием центрального сгущения и неправильной формой. Модификация хаббловской классификации свелась к введению промежуточного между эллиптическими и спиральными галактиками класса S0 (, имеющие диск, но без спиральных ветвей), подразделению неправильных галактик на два подтипа (Irr I и Irr II; различие между ними в том, что у первых наблюдается большое число структурных деталей, а вторые аморфны) и введению параметра rr, характеризующего наличие в центральной части кольцевых структур. Небольшое число галактик, не укладывающихся в эту классификацию, называют (особенными). Пример пекулярной галактики приведён на рис. 6 (). Структурные особенности часто связаны с гравитационным взаимодействием между близкими галактиками () либо со следствиями взаимодействия в прошлом. Вообще взаимодействие, а иногда и поглощение галактик более массивным партнёром, является важным фактором в . В частности, эллиптические галактики большой массы и (гигантские эллиптические галактики), по-видимому, представляют собой результат поглощения массивной галактикой своих более мелких соседей.

Состав галактик

Помимо , галактики содержат , включающую в себя и , и , частицы высоких энергий () и . Спиральная галактика NGC 4565Рис. 3. Спиральная галактика NGC 4565, видимая «с ребра». Расположена в созвездии Волосы Вероники на расстоянии около 30 млн световых лет от Земли. DESI LIS, Giuseppe Donatiello / flickr.comНаселение галактик, физические процессы в них и структурные особенности галактик разных типов существенно различны. Эллиптические галактики бедны холодным газом и пылью (но горячий газ, согласно рентгеновским наблюдениям, в гигантских галактиках присутствует); в них нет очень ярких (в абсолютной мере) звёзд, относящихся к населению I. Основной вклад в освещённость от них дают звёзды населения II – . Отсутствие звёзд высокой указывает на отсутствие в них интенсивного процесса . В и галактиках, напротив, много газа и пыли, концентрирующихся в и особенно в галактик. Пыль хорошо видна в галактиках, наблюдаемых «с ребра», в виде тёмной полосы, тянущейся вдоль галактики (рис. 3). Наличие молодых горячих звёзд высокой светимости говорит об интенсивных процессах звездообразования в спиральных рукавах и обширных областях звездообразования в неправильных галактиках. Разложение на звёзды спиральных рукавов и выявление в них звёзд с известной из других соображений абсолютной ( и ) позволило в 1920-х гг. определить расстояния до ближайших туманностей и установить их внегалактическую природу.

Основные характеристики галактик

Для определения фундаментальных параметров галактики (линейного размера, и массы) необходимо знать расстояние до неё. Для близких галактик, в которых удаётся выделить отдельные объекты (индикаторы расстояний, или ), расстояние определяется сравнением видимых или угловых размеров этих объектов с абсолютными звёздными величинами или линейными размерами, известными для индикаторов заранее. Пересечённая спиральная галактика NGC 1300Рис. 4. Пересечённая спиральная галактика NGC 1300 (тип SBbс по классификации Хаббла), расположенная в созвездии Эридан на расстоянии 60 млн световых лет от Земли. Фото: космический телескоп «Хаббл». NASA, ESA, and The Hubble Heritage Team (STScI / AURA). CC BY 4.0Для далёких галактик, в которых индикаторы выделить не удаётся, расстояние определяется по вызванному эффектом Доплера линий в спектрах галактик, обнаруженному в 1910-х гг. . Как показал , существует прямая пропорциональность между найденными по красному смещению галактик и расстояниями до них (). Коэффициент пропорциональности в этой зависимости (), по современным данным, равен 65 км/(с·Мпк), с точностью до 10–15 %. Разброс светимостей галактик, установленных по их интегральным видимым звёздным величинам и расстояниям, составляет примерно от −10-й абсолютной звёздной величины у до −23-й звёздной величины у гигантских галактик. Линейные размеры находятся в пределах примерно от 1 кпк до нескольких десятков .

Как показывают спектральные наблюдения, спиральные галактики вращаются вокруг оси, перпендикулярной плоскости их дисков. Зависимость линейной скорости , определяемой по , от расстояния до центра галактики называется . Построение кривой вращения для галактик с известным расстоянием используется для определения масс галактик. Поведение кривых вращения на далёкой периферии галактик заставляет предполагать, что в помимо светящейся материи имеется , содержащее заметную часть общей массы. Природа этой неизвестна. Массы эллиптических галактик, не обладающих заметным вращением, определяются с применением по ширине линий поглощения в их спектрах. Массы галактик заключены в пределах от 105 до 1012 масс . Эти числа определяют и примерное число звёзд в галактиках.

Спиральная структура и ядра галактик

Неправильная галактика NGC 4449Рис. 5. Неправильная галактика NGC 4449 (тип Irr I по классификации Хаббла), расположенная в созвездии Гончие Псы на расстоянии 12–13 млн световых лет от Земли. Фото: космический телескоп «Хаббл». NASA, ESA, A. Aloisi (STScI / ESA), and The Hubble Heritage (STScI / AURA) – ESA / Hubble Collaboration. CC BY 4.0.Важнейшими структурными деталями галактик являются их центральные сгущения () и (в случае ). Во 2-й половине 20 в. природа спиральных ветвей и эволюция спиральной структуры галактик были в основном выяснены. Считается, что спиральные ветви представляют собой , перемещающиеся по вращающемуся . Их устойчивость поддерживается , направленными вдоль рукавов. Что касается областей ядер галактик, то распределение плотности в них, определяемое по распределению яркости, в ряде случаев указывает на наличие в ядре сверхмассивного (от 106 до 109 масс ) компактного объекта, по всей вероятности существование такого объекта массой около 4·106 масс Солнца установлено вполне определённо по движениям звёзд в его окрестностях). Захват чёрной дырой окружающей материи (звёзд и газа) сопровождается мощным всплеском гравитационного излучения.

Пекулярная галактика с полярным кольцом NGC 4650AРис. 6. Пекулярная галактика с полярным кольцом NGC 4650A, расположенная в созвездии Кентавр на расстоянии 130–165 млн световых лет от Земли. Фото: космический телескоп «Хаббл». The Hubble Heritage Team (AURA / STScI / NASA / ESA). CC BY 4.0В непосредственной близости от чёрной дыры образуется , горячие центральные части которого излучают в рентгеновском диапазоне. В направлениях, перпендикулярных плоскости диска, выбрасываются с релятивистскими скоростями узкие струи плазмы (), протяжённость которых, как это следует из наблюдений в радиодиапазоне, обычно превосходит размеры галактики, иногда достигая гигантских размеров в несколько мегапарсек. позволяют изучить области в основании джета, неразрешаемые при оптических наблюдениях, и проследить за изменением их структуры. Излучение во всех диапазонах электромагнитного спектра, исходящее из небольших объёмов пространства, оказывается переменным с малыми характерными временами переменности (минуты и даже секунды); вместе с тем отмечается переменность и на промежуточных и длинных временны́х шкалах (порядка дней – месяцев и лет – десятков лет). Степенное распределение энергии в спектре переменных компонентов и высокая степень их излучения указывают на механизм излучения (излучение в магнитном поле). Переменность в радиодиапазоне хорошо объясняется прохождением по джету . В зависимости от степени энерговыделения объекты подразделяют на (ядро излучает энергию на 2–3 порядка бо́льшую, чем вся галактика) и активные галактики того или иного типа, например , .

Системы галактик

Распределение галактик в пространстве крайне неоднородно. Существуют области большой протяжённости, в которых их вообще нет (), и области повышенной плотности галактик. Изолированные галактики встречаются редко. Чаще встречаются двойные и кратные системы, а также . Наша окружена системой небольших спутников, из которых самыми крупными являются Большое и Малое . У тоже есть спутники. Все эти объекты, в свою очередь, входят в , насчитывающую несколько десятков галактик (в основном ), причём наша Галактика и Туманность Андромеды являются самыми яркими и массивными членами этой группы. В пределах 30 млн от Местной группы галактик обнаружено более десятка подобных групп. Наблюдаются ещё более крупные объединения галактик – и , насчитывающие сотни и тысячи галактик.

Первая публикация: Большая российская энциклопедия, 2006.
  • Астрономические объекты
  • Звёздные системы