Типы галактик

Сомнений полон ваш ответО том, что окрест ближних мест.Скажите ж, коль пространен свет?И что малейших дале звезд?

М. Ломоносов

Благодаря достижениям астрономии в 20 веке доступным для наблюдения стал не только звездный состав нашей Галактики, но и многочисленный мир других галактик, каждая из которых представляет собой гравитационно-обособленную систему из нескольких десятков (а порой превосходящих и сотню) миллиардов разнообразных звезд. В свою очередь, количество наблюдаемых современными средствами галактик тоже превышает десяток миллиардов единиц, а среднее расстояние между двумя соседними галактиками составляет порядка миллиона световых лет. Межзвездное пространство ряда галактик заполнено многочисленными газовыми и пылевыми облаками. Размеры же большинства галактик столь велики, что свет пересекает их из конца в конец за время порядка 100 тысяч лет. Вот такой необъятный по своей масштабности и многообразию мир предстал современным астрономам.

Наиболее распространенным типом галактик во Вселенной являются спиральные галактики, на долю которых приходится около 70% всех наблюдаемых галактик, в том числе и наш Млечный путь. Главной особенностью строения спиральных галактик является то, что они имеют две основные составляющие: плоскую - вращающийся звездный диск со спиральными ветвями и сферическую, охватывающую все плоскую составляющую. При этом спиральные ветви характеризуются различной степенью закрученности - от близких к круговым до практически прямых ветвей. В центре спиральной галактики выделяется своей яркостью эллиптической формы ядро, из которого как бы и выходят тоже яркие спиральные рукава. В отличие от них сферическая составляющая светится весьма слабо.

Совсем по другому выглядят эллиптические галактики, на долю которых приходится 26% наблюдаемых галактик. Все они издалека имеют ид светлых пятен, напоминающих удивительно правильные эллипсы, которые отличаются лишь степенью сплюснутости, что считается показателем скорости их вращения. Действительно, в соответствии с законами механики, чем медленнее вращается гравитационно обособленная звездная система, тем более у нее шансов сохранить свой первоначальный, протогалактический, близкий к сферическому вид. И наоборот, быстро вращающаяся галактика вполне естественным образом растягивается по большой оси и принимает дискообразную форму.

По размерам и массам эллиптические галактики, хотя в среднем и считаются меньшими, чем спиральные, но в целом эти их характеристики некоторым образом пересекаются и не могут служить для них надежным отличительным признаком. Что же касается действительно существенного отличия, то им безусловно является гораздо более высокая светимость спиральных галактик по сравнению с эллиптическими, что является следствием коренного различия в составе населяющих эти галактики звезд. Эллиптические галактики почти сплошь населены старыми дряхлеющими звездами, просуществовавшими уже более десятка миллиардов лет и потому изрядно потускневшими и потерявшими свой первоначальный блеск. Напротив, широко раскинувшиеся ветви спиральных галактик буквально усеяны находящимися в расцвете сил яркими молодыми звездами, состав которых непрестанно пополняется рождающимися в спиралях новыми звездами, благо материала для такого производства в виде громадных облаков газа и пыли в рукавах спиралей недостаточно.

А вот в эллиптических галактиках процесс звездообразования, по-видимому, давно завершился. Эволюционные процессы протекают в них очень медленно, почти замерли, и только в самых центральных областях этих галактик еще “продолжается жизнь”, но зато в этих областях порой пробуждается такая активность, до которой очень далеко спиральным галактикам. Принципиально важно также подчеркнуть, что звездный состав спиральных и эллиптических галактик отличается не только возрастом и яркостью звезд, но и их элементным содержанием. Слабо светящиеся звезды эллиптических галактик и сферические подсистемы спиральных главным образом легкоэлементные, состоящие в основном из водорода и гелия, а яркие звезды спиральных рукавов включают в свой состав практически всю периодическую систему Менделеева. Образно говоря, если из спиральной галактики изъять плоскую составляющую, то получится обычная эллиптическая галактика.

Бросается в глаза еще одно важное различие между этими типами галактик, связанное с особенностями движения в них звезд. Если для спиральных галактик, а верная для их дисков, характерно вполне определенное и довольно стремительное обращение составляющих их звезд вокруг центра галактики, то в эллиптических туманностях, а также в сферических подсистемах спиральных, движение звезд носит, во-первых, преимущественно хаотический характер, а во-вторых, в своем общем обращении вокруг центра звезды эллиптической галактики гораздо более медлительны. Возьмем, к примеру, находящиеся в диске нашей Галактики Солнце (оно удалено от галактического ядра примерно на две трети радиуса Млечного пути). Так вот, линейная скорость его полета по галактической орбите лежит в пределах от 220 до 250 км/сек, а период его обращения вокруг центра Галактики составляет где-то 250-280 млн. лет. Для звезд же сферической подсистемы этот период достигает полутора миллиардов лет, что связано с примерно в пять раз меньшей скоростью их общегалактического обращения. Что же касается упомянутой хаотичности движения звезд в эллиптических галактиках, то она объясняется тем, что многие звезды в них объединены в огромные шаровые скопления, насчитывающие в своем составе сотни тысяч, а порой и миллионы звезд, которые под влиянием многостороннего гравитационного взаимодействия ведут себя с динамической точки зрения совершенно непредсказуемо, двигаясь со случайными скоростями в десятки километров в секунду.

Третьим по распространенности (около 4%) типом галактик являются неправильные галактики, названные так за бесформенность своего внешнего вида - клочковатого, угловатого, не имеющего ни ярко выраженного центра, ни отчетливо очерченных границ. Да и по своим массово-габаритным характеристикам они на два, а то и на три порядка меньше, чем спиральные галактики, хотя составляющие их звезды так же ярки, как и в ветвях последних, а межзвездные пространства тоже достаточно плотно заполнены газопылевыми облаками, последовательно преобразующимися в молодые звезды. Весьма характерной особенность неправильных галактик является то, что они, как правило, близко соседствуют со спиральными. Так, у нашей Галактики есть два таких неправильных спутника - Большое и Малое Магеллановы Облака (расстояния, отделяющие их от Галактики, составляют соответственно 200 и 220 тыс. световых лет). Населяющие их звезды по своей физической природе и элементному составу очень схожи со звездами спиральных рукавов Млечного Пути. Вот только количественно они заметно разнятся: В Малом Магеллановом Облаке звезд в 100 раз меньше, а в Большом - в 30 раз меньше, чем в наших спиралях. Кроме этих трех основных типов изредка встречаются еще и так называемые радиогалактики и сейфертовские галактики.

Первые характерны прежде всего тем, что обнаруживают себя не только оптическим излучением входящих в них звезд, но и испусканием радиоволн. Причем речь здесь идет не об источниках обычного хаотического излучения вследствие беспорядочного теплового движения заряженных частиц, что частенько в тех или иных масштабах наблюдается и в галактиках других типов, а совершенно иного рода излучения – синхротронного, характеризующегося сильной поляризацией. А это верный признак того, что в радиогалактиках должно существовать некоторое преимущественное направление достаточно сильного магнитного поля, способного разогнать электроны до скоростей, близких к скорости света. Именно релятивистские электроны, находясь в магнитном поле, способны излучать радиоволны, поляризованные только в одной плоскости, перпендикулярной к силовым линиям магнитного поля.

Когда подобных сильно радиоизлучающих галактик было обнаружено достаточно много, чтобы можно было сделать некоторые обобщения, оказалось, что среди них нет ни спиральных, ни неправильных форм, а только эллиптические. Их оптическое изображение имеет вид очень ярких пятен, иногда окруженных обычным ореолом. В других же случаях такой ореол не виден, и тогда радиогалактики по своему внешнему виду очень напоминают квазар. Самой характерной чертой радиогалактик, присущей по крайней мере 60% из них, следует назвать то, что они являются тройными системами: состоят из двух сильно вытянутых на миллионы световых лет радиоисточников и оптически видимого объекта, который находится примерно посередине прямой, соединяющей эти источники.

Во всех подобных случаях похоже на то, что в центральной части галактики происходил какой-то мощный взрыв, приводивший к выбросу вещества в двух противоположных направлениях примерно с одинаковой мощностью.

Сейфертовские галактики, названные так по имени американского астронома К. Сейферта, открывшего их в 1943 году, тоже относятся к галактикам с активными ядрами, но в отличие от радиогалактик почти все они имеют в той или иной степени спиральную, а не эллиптическую форму. Их наиболее характерной чертой является наличие в спектрах исходящего из их центральных областей излучения светлых эмиссионных линий, говорящих о том, что эти области содержат не только звезды, но и большие количества разреженного газа. Характерно также, что среди известных спиральных галактик на долю галактик Сейферта приходится не более 2-3%. Интересно еще и то, что целому ряду сейфертовских галактик присущи, как и радиогалактикам, сильно вытянутые радиоисточники, только уже не такие отчетливые на всем своем протяжении, а местами и просто-напросто рваные: радиоизлучающие ветви уже не составляют собой единое целое, а представлены последовательностью радиоисточников, разделенных “немыми” промежутками. Еще одной отличительной особенностью сейфертовских галактик является очень сильный блеск их ядер, вследствие чего эти ядра выглядят своего рода ярчайшими звездами, внедренными в центр спиральных галактик. Наблюдателям также удалось обнаружить, что блеск этот подвержен нерегулярным колебаниям, в общих чертах подобным изменению блеска квазаров.

Надо сказать, что все эти отличительные черты проявляются в сейфертовских галактиках с различной степенью. По этой причине ученые были вынуждены подразделить их на два типа: галактики, в спектрах которых есть лишь узкие эмиссионные линии, были отнесены к типу Сейферт 2, а другие, где в дополнение к узким видны и широкие, - к типу Сейферт 1. Наличие широких линий говорит о том, что световому потоку от ядра приходится продираться через облака плотного газа, а если их нет, значит в галактике имеется только разреженный газ. По своим спектрам галактики Сейферт 2 близки к квазарам, с той лишь разницей, что последние выглядят гораздо более яркими. Если судить по возрастающей интенсивности оптического излучения, то эти объекты следует расположить в последовательности Сейферт 2 – Сейферт 1 – квазары, то есть по яркости сейфертовские галактики второго типа являются из них самыми слабыми. Но с другой стороны, галактики Сейферт 2 более мощны по радиоизлучению, чем Сейферт 1, что заставляет астрофизиков усомниться в справедливости утверждения о родственности этих Сейфертов между собой, а заодно и с квазарами. Действительно, если галактика активней оптически, то в силу своей более высокой энергетичности она должна превосходить свою соперницу и по радиоизлучению. А тут получается все наоборот. Это как раз и приводит ученых к разногласиям во мнениях о морфологическом единстве сейфертовских галактик различных типов.

Уже не раз упоминавшиеся нами в связи с рассмотрением галактик квазары считаются в астрономии наиболее таинственными космическими объектами. Дело в том, что они очень сложны для наблюдения. Их угловые размеры чрезвычайно малы и измеряются всего лишь десятыми долями светового года (для сравнения, радиус Галактики – 100 тысяч световых лет). Зато по мощности излучения они в десятки раз превосходят самые мощные галактики. Для квазаров характерны также самые значительные красные смещения линий в спектрах, из чего в соответствии с законом Хаббла современная наука и делает выводы о их наибольшей удаленности от Солнечной системы. И хотя некоторые из астрономов относят их к ядрам галактик, находящимся в исключительно высокой степени активности, другие ученые более склонны считать их самостоятельными, не относящимися к галактикам объектами неизвестной энергетической природы.