Спиральные галактики
Спира́льные гала́ктики, тип галактик, на изображении которых хорошо заметны спиральные ветви. К спиральным галактикам относится большинство наблюдаемых галактик, а также наша Галактика, где спиральные ветви не видны непосредственно, но обнаруживают себя по распределению и локальным скоростям движения звёзд и холодного атомарного газа. Ближайшая к нам спиральная галактика – Туманность Андромеды, спиральные ветви которой образуют подобие широкого кольца вокруг центра.
Рис. 1. Спиральная галактика M83 (тип Sc). Фото: космический телескоп «Хаббл». NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI / AURA). Acknowledgement: William Blair (Johns Hopkins University). CC BY 4.0Основные структурные составляющие спиральных галактик: звёздно-газовый диск со спиральными ветвями, центральное сгущение звёзд – балдж, и протяжённое гало, содержащее звёзды, разреженный горячий газ и тёмную материю. По внешнему виду спиральные галактики обычно относят к типам: Sa, Sab, Sb, Sbc, Sc, Scd, Sd (рис. 1); вдоль этой последовательности увеличивается клочковатость спиральных ветвей, уменьшается степень их закрученности, т. е. ветви становятся более развёрнутыми, падает (в среднем) светимость балджа, а также возрастает доля массы, приходящейся на межзвёздный газ. Во внутренней области диска спиральных галактик часто наблюдается вытянутая звёздная структура – бар (перемычка) размером несколько килопарсек (рис. 2); типы таких спиральных галактик обозначают SBa, SBab и т. д.
Рис. 2. 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 4.0Диск спиральной галактики содержит основную массу звёзд. Размеры дисков составляют от нескольких килопарсек до нескольких десятков килопарсек, характерный период вращения – несколько сотен миллионов лет. Скорости вращения дисков на большом расстоянии от центра достигают 100–400 км/с в зависимости от массы галактики и, как правило, мало меняются с удалением от центра.
Спиральные ветви галактик представляют собой области повышенной концентрации межзвёздной среды (молекулярного и атомарного газа, а также связанной с газом пыли), молодых звёзд и, в меньшей степени, старых звёзд галактического диска. Уплотнение газа в ветвях приводит к появлению очагов звездообразования, поэтому ветви, как правило, выделяются на фоне диска главным образом благодаря присутствию в них недавно родившихся звёзд и областей ионизованного водорода, связанных с наиболее горячими звёздами. 
Рис. 3. Изображение спиральной галактики M81 в ультрафиолетовых лучах. Фото: космический телескоп GALEX (NASA). NASA, JPL-Caltech, Galex Team, J. Huchra et al. (Harvard CfA).Особенно контрастно спиральные ветви выделяются в ультрафиолетовом диапазоне, поскольку на него приходится основная доля энергии излучения горячих звёзд (рис. 3), а также в далёком инфракрасном диапазоне, в котором излучает слабо нагретая звёздами межзвёздная пыль (рис. 4). В центре массивных спиральных галактик находятся ядерные звёздные скопления и сверхмассивные чёрные дыры, но они не имеют прямого отношения к спиральному узору диска.
Происхождение спиральной структуры галактик представляет собой сложный и до конца не решённый вопрос. Различают несколько типов спиральных ветвей разного происхождения. Во многих галактиках спирали представляют собой многочисленные локальные уплотнения диска, связанные с газом и молодыми звёздами, растянутые в короткие спиральные дуги дифференциальным вращением диска (т. е. вращением, при котором угловая скорость меняется вдоль радиуса). Время жизни таких деталей сравнительно невелико – меньше времени одного оборота диска.
Рис. 4. Изображение спиральной галактики Туманность Андромеды (M31) в далёкой инфракрасной области спектра (70–250 мкм). 2013. Фото: космическая обсерватория «Гершель» (ESA). ESA / Herschel / PACS & SPIRE Consortium, O. Krause, HSC, H. Linz.Упорядоченный спиральный узор с длинными симметричными спиральными ветвями имеет в большинстве случаев волновую природу и связан с распространением волн сжатия в звёздно-газовом диске. Такие спиральные ветви могут существовать долго. Угловая скорость волнового спирального узора может не зависеть или слабо зависеть от расстояния до центра галактики и не совпадать с угловой скоростью диска. Это означает, что газ и звёзды во вращающемся диске галактики при своём движении пересекают спиральные ветви, надолго не задерживаясь в них. При входе в спираль межзвёздная газово-пылевая среда испытывает резкое сжатие и становится при этом непрозрачной, что объясняет существование многочисленных тёмных прожилок, часто окаймляющих спиральные ветви с вогнутой стороны. Сжатие газа, в свою очередь, стимулирует звездообразование в спиральной ветви.
Источником возмущений, рождающих спиральные волны плотности, могут быть как гравитационные или газодинамические неустойчивости диска, так и внешнее гравитационное воздействие на диск, например, со стороны близкой соседней галактики. Во всех случаях холодный газ, концентрирующийся вблизи плоскости звёздного диска в спиральных галактиках, играет большую роль в формировании спирального узора. В галактиках, где такого газа очень мало, спиральные ветви либо слабоконтрастны, либо отсутствуют (линзовидные галактики).
Засов Анатолий Владимирович