ГАЛА́КТИКИ
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ГАЛА́КТИКИ (внегалактические туманности, внешние галактики), гигантские звёздные системы, находящиеся за пределами нашей Галактики. Исследование Г. – одна из осн. задач внегалактической астрономии.
Невооружённым глазом на небе видно всего три Г., представляющиеся туманными пятнами (Андромеды туманность в Сев. полушарии и Большое и Малое Магеллановы Облака в Южном). Телескопич. наблюдения привели в 18 в. к созданию первых каталогов туманных объектов, среди которых были и внегалактич. туманности (Ш. Мессье, Италия, и У. Гершель, Англия). Совр. каталоги Г. содержат сотни тысяч объектов. В сер. 19 в. у нескольких туманностей была открыта спиральная структура [У. Парсонс (лорд Росс), Ирландия]. Существенный прогресс в изучении Г. связан с использованием с кон. 19 в. крупных телескопов и фотографич. методов наблюдений.
Классификация и структура галактик
Многообразие наблюдаемых форм Г. потребовало разработки их классификации. Первая классификация Г., данная в 1920-х гг. Э. П. Хабблом, оказалась настолько удачной, что с небольшими модификациями используется до настоящего времени. Все Г. были разделены на три типа: эллиптические, спиральные и иррегулярные (рис.). Эллиптические галактики лишены структурных деталей и подразделяются на подтипы от E0 до E7 по степени сжатия. Спиральные галактики, обладающие дисками, как это видно у Г., наблюдаемых «с ребра», составляют две последовательности – нормальных (S) и пересечённых (SB) спиральных Г. У первых спиральные ветви начинаются от яркого центрального сгущения (балджа), у вторых в центре, помимо центрального сгущения, имеется бар (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.). Иррегулярные Г. (неправильные галактики) характеризуются отсутствием центрального сгущения и неправильной формой. Модификация хаббловской классификации свелась к введению промежуточного между эллиптическими и спиральными Г. класса S0 (Г. с диском, но без спиральных ветвей, линзовидные), подразделению иррегулярных Г. 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 r, характеризующего наличие в центральной части кольцевых структур. Небольшое число Г., не укладывающихся в эту классификацию, называют пекулярными (особенными). Пример пекулярной Г. приведён на рис. д (т. н. галактика с полярным кольцом). Структурные особенности часто связаны с гравитац. взаимодействием между близкими Г. (взаимодействующие галактики) либо со следствиями взаимодействия в прошлом. Вообще взаимодействие, а иногда и поглощение Г. более массивным партнёром, является важным фактором в эволюции галактик. В частности, эллиптич. Г. большой массы и светимости (гигантские эллиптич. Г.), по-видимому, представляют собой результат поглощения массивной Г. своих более мелких соседей.
Состав галактик
Помимо звёзд, Г. содержат межзвёздные газ и пыль; в них присутствуют частицы высоких энергий и магнитные поля. Население Г., физич. процессы в них и структурные особенности Г. разных типов существенно различны. Эллиптич. Г. бедны холодным газом и пылью (но горячий газ, согласно рентгеновским наблюдениям, в гигантских Г. присутствует); в них нет очень ярких (в абсолютной мере) звёзд, относящихся к населению I. Осн. вклад в освещённость от них дают звёзды населения II – красные гиганты. Отсутствие звёзд высокой светимости указывает на отсутствие в них интенсивного процесса звездообразования. В спиральных и иррегулярных Г., напротив, много газа и пыли, концентрирующихся в дисках и особенно в спиральных рукавах Г. Пыль хорошо видна в Г., наблюдаемых «с ребра», в виде тёмной полосы, тянущейся вдоль Г. (рис. в). Наличие молодых горячих звёзд высокой светимости говорит об интенсивных процессах звездообразования в спиральных рукавах и обширных областях звездообразования в иррегулярных Г. Разложение на звёзды спиральных рукавов и выявление в них звёзд с известной из др. соображений абсолютной величиной (цефеид и ярчайших голубых звёзд) позволило Э. П. Хабблу в 1920-х гг. определить расстояния до ближайших туманностей и установить их внегалактич. природу.
Основные характеристики галактик
Для определения фундам. параметров Г. (линейного размера, светимости и массы) необходимо знать расстояние до неё. Для близких Г., в которых удаётся выделить отд. объекты (индикаторы расстояний), расстояние определяется сравнением их видимых звёздных величин или угловых размеров с абсолютными звёздными величинами или линейными размерами, известными для индикаторов заранее. Для далёких Г., в которых индикаторы выделить не удаётся, расстояние определяется по вызванному эффектом Доплера красному смещению линий в спектрах Г., обнаруженному в 1910-х гг. В. М. Слайфером. Как показал Э. П. Хаббл, существует прямая пропорциональность между найденными по красному смещению лучевыми скоростями Г. и расстояниями до них. Коэф. пропорциональности в этой зависимости (постоянная Хаббла), по современным данным, равняется (с точностью до 10–15%) 65 км/(с·Мпк). Разброс светимостей Г., установленных по их интегральным видимым звёздным величинам и расстояниям, составляет примерно от –10-й звёздной величины у карликовых Г. до –23-й звёздной величины у гигантских Г. Линейные размеры находятся в пределах примерно от 1 кпк до нескольких десятков килопарсек.
Как показывают спектральные наблюдения, спиральные Г. вращаются вокруг оси, перпендикулярной плоскости их дисков. Зависимость линейной скорости вращения галактик, определяемой по эффекту Доплера, от расстояния до центра Г. называется кривой вращения. Построение кривой вращения для Г. с известным расстоянием используется для определения масс Г. Поведение кривых вращения на далёкой периферии Г. заставляет предполагать, что в галактической короне помимо светящейся материи имеется тёмное гало, содержащее заметную часть общей массы. Природа этой «тёмной материи» (скрытой массы) неизвестна. Массы эллиптич. Г., не обладающих заметным вращением, определяются с применением теоремы вириала по ширине абсорбционных линий в их спектрах. Массы Г. заключены в пределах от 105 до 1012 масс Солнца. Эти числа определяют и примерное число звёзд в галактиках.
Спиральная структура и ядра галактик
Важнейшими структурными деталями галактик являются их центральные сгущения (ядра галактик) и спиральные ветви (в случае спиральных галактик). Во 2-й пол. 20 в. природа спиральных ветвей и эволюция спиральной структуры Г. были в осн. выяснены. Считается, что спиральные ветви представляют собой волны плотности, перемещающиеся по вращающемуся диску Г. Их устойчивость поддерживается магнитными полями, направленными вдоль рукавов. Что касается областей ядер Г., то распределение плотности в них, определяемое по распределению яркости, в ряде случаев указывает на наличие в ядре сверхмассивного (от 106 до 109 масс Солнца) компактного объекта, по всей вероятности чёрной дыры (в ядре нашей Галактики существование такого объекта с массой 3·106 масс Солнца установлено вполне определённо по движениям звёзд). Захват чёрной дырой окружающей материи (звёзд и газа) сопровождается мощным всплеском гравитац. излучения. В непосредственной близости от чёрной дыры образуется аккреционный диск, горячие центр. части которого излучают в рентгеновском диапазоне. В направлениях, перпендикулярных плоскости диска, выбрасываются с релятивистскими скоростями узкие струи плазмы (джеты), протяжённость которых, как это следует из наблюдений в радиодиапазоне, обычно превосходит размеры галактики, иногда достигая гигантских размеров в неск. мегапарсек. Радиоинтерферометрич. исследования со сверхдлинной базой позволяют изучить области в основании джета, неразрешаемые при оптич. наблюдениях, и проследить за изменением их структуры. Излучение во всех диапазонах 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 поляризации их излучения указывают на синхротронный механизм излучения (излучение релятивистских электронов в магнитном поле). Переменность в радиодиапазоне хорошо объясняется прохождением по джету ударных волн. В зависимости от степени энерговыделения активных ядер галактик объекты подразделяют на квазары (ядро излучает энергию на 2–3 порядка бо́льшую, чем вся Г.) и активные Г. того или иного типа, напр. сейфертовские галактики, радиогалактики.
Системы галактик. Распределение Г. в пространстве крайне неоднородно. Существуют области большой протяжённости, в которых их вообще нет («войды»), и области повышенной плотности Г. Изолированные Г. встречаются редко. Чаще встречаются двойные и кратные системы и группы Г. Наша Галактика окружена системой небольших спутников, из которых самыми крупными являются Большое и Малое Магеллановы Облака. У туманности Андромеды тоже есть спутники. Все эти объекты, в свою очередь, входят в Местную группу галактик, насчитывающую неск. десятков Г. (в осн. карликовых), причём наша Галактика и туманность Андромеды являются самыми яркими и массивными членами этой группы. В пределах 30 млн. световых лет от Местной группы Г. обнаружено более десятка подобных групп. Наблюдаются ещё более крупные объединения Г. – скопления и сверхскопления, насчитывающие сотни и тысячи Г. (см. Скопления галактик).
