Спиральные галактики и их ветви

В глухих областях космического пространства недавно был обнаружен новый вид галактик, который условно назвали «супер спирали». Они имеют поистине исполинские размеры, по всем параметрам превосходят наш Млечный Путь и могут конкурировать размерами и яркостью с самыми большими галактиками, которые только были обнаружены во Вселенной.

Суперспиральные галактики, как оказалось, долгое время находились на виду у астрономов - они попросту удачно мимикрировали под типичные спиральные галактики. Новое исследование проводилось с использованием архивных данных НАСА и оно показало, что эти, на первый взгляд, близкие к нам галактики на самом деле находятся очень далеко, а кажутся близкими, потому что имеют исполинские размеры. Тут же перед исследователями встал новый вопрос: как вообще возможно существование таких спиральных галактик.

«Мы обнаружили ранее неизвестный класс спиральных галактик, которые такие же огромные и яркие как самые крупные галактики, известные нам. Если говорить понятным языком, то это то же самое, как если бы мы обнаружили на Земле новое неизвестное существо размерами со слона, но до сих пор неизвестное зоологам», - Патрик Огл из Калифорнийского технологического института, ведущий автор статьи, опубликованной в издании The Astrophysical Journal.

Одна из трёх галактик с двумя ядрами, её наименование 2MASX J08542169+0449308. Источник: SDSS

Огл и его коллеги совершенно случайно наткнулись на эти супер спирали, когда занимались поисками чрезвычайно ярких, массивных галактик в недрах архива NED (NASA/IPAC Extragalactic Database). Этот архив представляет собой онлайн-репозиторий, содержащий информацию о более чем ста миллионах галактик. NED объединяет в себе данные из многих разнообразных проектов, включая ультрафиолетовые наблюдения орбитального аппарата GALEX, наземного Слоановского цифрового обзора неба, обзора 2MASS и отдельных аппаратов «Спитцер» и WISE.

«Это удивительное открытие класса гигантских спиральных галактик состоялось только благодаря рутинному анализу базы данных галактик NED. Таким образом, можно сказать, что рутинная, систематическая и последовательная работа с обобщёнными по всем проектам архивами тоже приносит плоды. Мы уверены, что в недрах архива содержится информация о ещё многих таких самородках. Осталось нам лишь научиться задавать правильные вопросы», - Джордж Хелоу, соавтор исследований и руководитель архива.

Первоначально Огл, Хелоу и их коллеги справедливо полагали, что огромные, зрелые галактики, относящиеся к классу эллиптических из-за их необычной формы, будут доминирующими элементами в исследованной архивной информации. Но как оказалось, учёных ожидало огромное удивление. Из общей базы данных было выбрано примерно 800000 галактик, находящиеся от нас на расстоянии не более 3.5 миллиарда световых лет. Удивительным оказалось то, что у 53 из самых ярких галактик была форма спирали, а не эллипса. Исследователи перепроверили расстояния до этих галактик, оказалось, что они расположились ещё на 1.2 миллиарда световых лет дальше, чем первоначально предполагалось. Получив правильную оценку расстояний, и были выявлены ошеломляющие размеры и свойства этого новооткрытого класса спиральных галактик.

Ещё одна галактика, которую можно отнести к суперспиральным. Её имя 2MASX J16014061+2718161, она также имеет два ядра. Источник: SDSS

Как сейчас удалось установить, суперспиральные галактики могут иметь яркость, большую яркости Млечного Пути от 8 до 14 раз, они в десять раз массивнее нашей Галактики. Их яркие диски, заполненные звездами, имеют диаметр в 2–4 раза больше нашего, а самая большая известная спиральная галактика на сегодняшний день имеет 440000 световых лет в диаметре. Суперспиральные галактики испускают сильное ультрафиолетовое и среднее инфракрасное излучения. Это означает, что в их недрах активно протекают процессы образования новых звёзд, темп их рождения примерно в 30 раз выше, опять же по сравнению с нашей Галактикой.

Согласно нынешней астрофизической теории, спиральные галактики не могут никаким образом быть в состоянии достигнуть любой из этих удивительных особенностей, не говоря уже о том, чтобы обладать всеми этими свойствами сразу. Дело в том, что спиральные галактики растут посредством захвата холодного газа из межгалактического вещества. В какой-то момент масса обычной спиральной галактики достигает таких больших значений, вследствие чего захваченный газ начинает передвигаться внутрь неё очень быстро. Из-за этого образуется трение вещества и происходит нагрев, а повышение температуры начинает тормозить последующие процессы рождения новых звёзд. Но, как мы теперь все узнали, оказывается, что спиральные галактики не подчиняются этому закону.

Одна из самых больших суперспиральных галактик SDSS J094700.08+254045.7. Диаметр её диска составляет порядка 320000 световых лет.

Спиральные галактики (обозначаются буквой S) – самый многочисленный вид, к которому принадлежит большая часть всех наблюдаемых галактик. Самыми известными представителями этого вида являются и один из красивейших объектов звездного неба - туманность Андромеды. Спиральные галактики получили свое название благодаря характерным спиральным рукавам звездного происхождения, расположенным внутри галактического диска.

Различают два типа спиралей. К первому типу, обозначаемому SA или S, относят спиральные ветви, выходящие непосредственно из центрального уплотнения (подобно рукавам нашей Галактики). У другого типа они начинаются у краев продолговатого обра зования, имеющего овальное уплотнение в центре. Складывается впечатление, что два спиральных рукава соединены между собой перемычкой, поэтому такие галактики и получили название «галактики, пересеченными спиралями», их обозначают символом SB.

фото: Спиральная галактика типа Sc (M74)

Спиральные галактики различают по степени развитости их спиральной структуры, что в классификации обозначается добавлением букв a, b, c к символам S (или SA) и SB. К примеру, обозначение Sa говорит о галактике со слабо развитой или только намечающейся спиральной структурой. Системы Sb имеют уже хорошо заметные ветви, как и у туманности Андромеды, а структура Sc характеризуется наличием клочковатых спиральных ветвей, которые выходят из довольно небольшого центрального уплотнения. Считается, что, чем сильнее развита спиральная структура, тем меньше оказываются размеры центрального уплотнения. Лучше всего спиральная структура изучена у галактик, в которых плоскость спирали перпендикулярна лучу зрения. Если же луч зрения наоборот, лежит в этой плоскости, то спиральная структура не видна, однако хорошо заметно, что галактика имеет вид плоского образования, напоминающего чечевицу с ярко выраженным центральным утолщением. Вдоль средней линии такого образования тянется полоса светопоглощающей материи, которая, как и в нашей Галактике, сильно концентрируется к основной плоскости спирали.

О том, что спиральные ветви галактик представляют собой области преимущественного звездообразования, свидетельствует наличие в них молодых горячих звезд, ионизующих водород на больших расстояниях вокруг себя. , пересекающие спираль, испытывают сжатие или расширение и порождают ударные волны в газе. Это, в свою очередь, вызывает нарушение равновесия в облаках и приводит к интенсивному звездообразованию в спиральных рукавах. Если учесть тот факт, что время жизни самых ярких гигантов и сверхгигантов в несколько тысяч раз меньше, чем возраст Солнца, то выходит что большинство ярких голубых гигантов собрано в сравнительно небольшом объеме спиральной ветви: сверхгигантам не удается покинуть спираль за то время (порядка нескольких миллионов лет), которые существуют до взрыва сверхновой. Именно поэтому множество голубых сверхгигантов придает спиралям галактик заметный голубоватый оттенок.

Галактика Андромеды

Спираль или эллипс? А может, линза? В 1936 году Эдвин Хаббл предложил последовательность эволюции галактик, которая, с незначительными модификациями, остается актуальной до сих пор.

По этой классификации существует четыре основных типа галактик. Иногда к отдельному виду относят карликовые галактики, однако ничем, кроме своего относительно малого размера они не выделяются и сами принадлежат к тому или иному типу в классической категоризации.

Со стороны выглядит как гигантская звезда – светящийся шар с сильнейшей яркостью в центре и тускнеющий к краям. Эллиптические, или сфероидальные галактики почти полностью состоят из старых звезд, поэтому всегда имеют желтый или красноватый оттенок. Новые звезды в них практически не образуются, так как количество межзвездного газа и пыли в них ничтожно (хотя встречаются и исключения). Отличаются между собой эллиптические звездные системы лишь по размеру и степени сжатия. Именно по сжатию их и классифицируют, от E0 до E7. Составляют примерно четверть из числа видимых галактик. По классификации Хаббла – это начальная стадия галактической эволюции.

Эллиптическая галактика ESO 325-G004 / ©NASA/ESA

Спиральная галактика

Самый распространенный тип и, вероятно, самый красивый – составляет более половины числа всех известных галактик. Выглядит как диск с ярким желтым шаром в центре, вокруг которого в виде спиралей закручены более тусклые ветви-рукава голубоватого оттенка (из-за наличия особых звезд – белых и голубых сверхгигантов).

От эллиптических звездных систем отличается целым рядом особенностей строения. Во-первых, у спиральных галактик присутствуют рукава, где проходят процессы активного звездообразования. Во-вторых, присутствует звездный диск – относительно тонкий слой материи вдоль плоскости галактики, где находится основная масса объектов системы, и звезды в котором вращаются вокруг центра диска. В-третьих, широко наблюдается наличие межзвездного газа и пыли – необходимой для рождения звезд среды. Многие спиральные галактики имеют в своем центре своеобразную перемычку (бар), от концов которой расходятся рукава. Классифицируются буквой S и различаются по плотности расположения рукавов (Sa-Sd, с перемычкой – SBa-SBd).

Количество рукавов в среднем составляет пару, однако встречается и больше; в некоторых случаях рукава отличаются по размеру. Все они (если не переживают галактическое столкновение) закручены в одну сторону вокруг центра, где сосредоточена основная масса вещества в виде сверхмассивной черной дыры и плотного шарообразного скопления из старых звезд – балджа.

И наша галактика – Млечный путь, и Туманность Андромеды, с которой мы неминуемо столкнемся через 4 миллиарда лет, – обе представляют собой спиральные галактики. Солнце находится между рукавов и вдали от галактического центра, причем скорость его движения примерно равна скорости вращения рукавов; таким образом, солнечная система избегает опасных для земной жизни областей активного звездообразования, где часто вспыхивают сверхновые.

Спиральная галактика Водоворот и её компаньон NGC 5195 / ©NASA

Линзообразная галактика

По классификации Хаббла это промежуточный тип между эллиптической и спиральной галактиками (S0). Линзообразные звездные системы обладают звездным диском вокруг центрального шаровидного скопления-балджа, однако рукава относительно малы и выражены не очень ярко, а количества межзвездной газопылевой материи недостаточно для активного рождения новых звезд. Основные жители – старые большие звезды, красного или желтого цветов.

Различаются по количеству межзвездной пыли и плотности перемычки в галактическом центре. Составляют примерно 20% числа галактик.

Линзообразная галактика NGC 7049 / ©NASA/ESA

Неправильная галактика

Ни эллипс, ни спираль – неправильные галактики не обладают ни одной из распространенных форм. Как правило, это хаотически связанные гравитацией звездные скопления, порой не имеющие четкой формы и даже ярко выраженного центра. Составляют примерно 5% галактик.

Почему они так сильно отличаются от своих галактических собратьев? Очень вероятно, что каждая такая звездная система когда-то была эллиптической или спиральной, но ее изуродовало столкновение с другой галактикой, или тесное соседство с ней.

Делятся на два основных типа: те, кто имеет хоть какое-то подобие структуры, позволяющее отнести их к последовательности Хаббла (Irr I), и те, кто не обладает даже подобием (Irr II).

Иногда выделяют третий тип – карликовые неправильные галактики (dl или dIrr). В них наблюдается низкое количество тяжелых элементов и большое количество межзвездного газа, что делает их похожими на протогалактики ранней Вселенной. Поэтому изучение этого вида неправильных галактик имеет важное значение для понимания процесса галактической эволюции.

NGC 1569 является карликовой неправильной галактикой в созвездии Жирафа / ©NASA/ESA

Пример спиральной галактики, Галактика «Вертушка» (Pinwheel) (объект списка Мессье 101 или NGC 5457)

Спиральная галактика (обозначается S ) - один из основных типов , разновидность галактик в последовательности Хаббла, которые характеризуются следующими физическими свойствами:

• значительный суммарный вращательный момент;
• состоят из центрального балджа (почти сферического утолщения), окружённого диском:
  • балдж имеет сходство с , содержащей множество старых - так называемое «Население II» - и нередко в центре;
  • диск является плоским вращающимся образованием, состоящим из , молодых звёзд «Населения I» и рассеянных звёздных скоплений.

Спиральные галактики названы так, потому что имеют внутри диска яркие рукава звёздного происхождения, которые почти логарифмически простираются из балджа. Хотя иногда их нелегко различить (например, во флоккулентных спиралях), эти рукава служат основным признаком, по которому спиральные галактики отличаются от линзообразных галактик, для которых характерно дисковое строение и отсутствие ярко выраженной спирали. Спиральные рукава представляют собой области активного звездообразования и состоят по большей части из молодых горячих звёзд; именно поэтому рукава хорошо выделяются в видимой части спектра. Абсолютное большинство наблюдаемых спиральных галактик вращается в сторону закручивания спиральных ветвей.

Схема спиральной галактики, вид в профиль

Диск спиральной галактики обычно окружён большим сфероидальным гало, состоящим из старых звёзд «Населения II», большинство которых сосредоточено в шаровых скоплениях, вращающихся вокруг галактического центра. Таким образом, спиральная галактика состоит из плоского диска со спиральными рукавами, эллиптического балджа и сферического гало, диаметр которого близок к диаметру диска.

Многие (в среднем две из трёх) спиральные галактики имеют в центре перемычку («бар» ), от концов которой отходят спиральные рукава . В рукавах содержится значительная часть пыли и газа, также множество звёздных скоплений. Вещество в них вращается вокруг центра галактики под действием гравитации.

Наша Галактика, как демонстрируют недавние (2005) наблюдения в ИК-диапазоне на и многолетние радиоастрономические наблюдения, также относится к спиральным галактикам с перемычкой.

Масса спиральных галактик достигает 10 12 масс . Крупнейшей открытой на текущий момент спиральной галактикой является NGC 6872, общая протяженность которой составляет 522 тысяч световых лет, что в пять раз больше, чем диаметр .

Спиральные рукава

Известен следующий парадокс: время обращения звёзд вокруг ядра галактики составляет порядка 100 миллионов лет; возраст самих галактик в несколько десятков раз больше. Между тем спирали закручены как правило на небольшое число оборотов. Парадокс объясняется тем, что принадлежность звёзд спиралям не постоянна: звёзды входят в область, занимаемую спиральным рукавом, на некоторое время замедляют своё движение в этой области, и покидают спираль. Между тем спираль, как область повышенной плотности вещества в диске спиральной галактики, может существовать неограниченно долго - спирали подобны стоячим волнам.

Спирали галактик могут несильно отличаться по количеству звёзд от окружающего их диска, но могут быть существенно ярче. Газовые облака, пересекая спираль, испытывают сжатие или расширение, порождающие ударные волны в газе. Всё это приводит к нарушению равновесия в облаках и интенсивному звёздообразованию в области спирали. А если учесть, что время жизни ярчайших гигантов и в тысячи раз меньше, чем возраст Солнца, то получается что большинство ярких голубых звёзд собрано в небольшом объёме спирального рукава: сверхгиганты не успевают покинуть спираль за те несколько миллионов лет, которые существуют до взрыва . Как следствие, большое количество голубых сверхгигантов придаёт спиралям галактик яркий голубоватый оттенок.

Расположение Солнца

Солнце интересно тем, что расположено между спиральными рукавами Галактики и делает оборот вокруг центра Галактики в точности за то же время, что и спиральные рукава. Как следствие, Солнце не пересекает области активного звездообразования, в которых часто вспыхивают сверхновые - источники губительного для жизни излучения.



> Спиральные галактики

На фото Хаббла отображена М71, напоминающая насколько удивительными и фотогеничными бывают спиральные галактики. Практически 70% соседей Млечного Пути принадлежать к этому типу (2 апреля 2013 год).

Изучите, как выглядит спиральная галактика : описание и характеристика с фото, классификация, роль Эдвина Хаббла, тип Млечного Пути, рождение и развитие.

Несложно догадаться, что спиральные галактики получили название из-за наблюдаемой формы. Это закрученные коллекции газа и звезд (горячие и молодые), иногда поражающие внешним видом.

Характеристика и классификация спиральных галактик

Следует разобраться в том, как выглядит строение спиральных галактик. Большая часть галактик спирального типа, вроде Млечного Пути, располагает центральной выпуклостью (ядро), вокруг которой вращается плоский звездный диск. Галактический центр наполнен более старыми и тусклыми звездами, а также вмещает сверхмассивную (хотя найти ее не всегда удается из-за пыли и газа). Тусклый свет древних звезд усложняет определение выпуклости, а есть спирали, которые вообще не обладают подобной особенностью.

Именно диск позволяет легко отличить этот тип галактик от других (важный элемент спиральной галактики). В нем есть спиральные рукава с молодыми звездами, пылью и газом. Именно яркие звезды делают рукава такими выразительными и заметными.

Точная схема формирования спиральных рукавов все еще остается загадкой. Если бы они были постоянными галактическими свойствами, то должны были исчезнуть в течение миллиарда лет. Исследователи полагают, что они могут быть результатом волн плотности, распространяющихся по внешнему диску. Сами волны могли образоваться в процессе столкновения. При слиянии масса одной влияет на изменение структуры второй.

Примерно 2/3 спиральных галактик содержат бар в центре. также имеет подобную структуру, но ее сложно разглядеть. Поэтому до 2005 года его наличие не удавалось подтвердить. Классификация галактик появилась в 1926 году благодаря Эдвину Хабблу. Ее называют «камертон Хаббла» и принцип организации строится на галактической форме. Спиральные распределяются по тому, насколько сильно закручены их рукава, а также по присутствию или отсутствию бара.

Среди всего массива наблюдаемых галактик к спиральным относится 77%. Но не нужно думать, что они доминируют. Все-таки эта честь принадлежит эллиптическим, которые в итоге являются следующей формой трансформации для спиральных. Эллиптические галактики представлены старыми и тусклыми звездами, поэтому их сложнее найти.

История и формирование спиральных галактик

Спиральные галактики наполнены пылью и газом, из-за чего создаются отличные условия для формирования звезд. Считается, что они моложе эллиптических. Можно обнаружить совершенно разные формы. Около 60% из них располагают несколькими рукавами, 10% – двумя, а у 30% нельзя подсчитать, так как со временем они меняли внешний вид.

Эти галактики от миллиарда до триллиона раз массивнее Солнца. Видимый диск в ширину простирается на 10-300 тысяч световых лет. Наиболее крупная спиральная галактика – NGC 6872, которая вытягивается на 522000 световых лет.

В ранней Вселенной галактики часто сталкивались и контактировали, поэтому форма древних гигантов быстро искажалась. Древнейшая из наблюдаемых спиральных галактик – BX442 (10.7 миллиардов лет). Из-за корреляции между дистанцией и временем, исследователям удается рассмотреть ее лишь через 3 миллиарда лет после Большого Взрыва.

Когда спиральная галактика израсходует весь газ и пыль, то звезды прекращают формироваться, а спиральная форма распадается, и они трансформируются в эллиптические. Посмотрите видео про галактики, чтобы узнать больше о рождении звезд, создании спиралей и рукавов.

Эволюция дисковых галактик

Астрофизик Ольга Сильченко о рождении звезд, моделировании галактик и аккреции внешнего холодного газа:

Спиральный узор галактик

Астроном Алексей Расторгуев о причинах спирального узора, теории волн плотности и трудностях в изучении нашей Галактики: