Что такое галактика? Какие виды галактик бывают?

Чем дальше проникают астрономы в глубины Вселенной, тем более юный мир они видят. Когда-нибудь новые инструменты ученых позволят заглянуть и в таинственную эпоху формирования галактик. Чтобы узнать, как возникали галактики, надо исследовать самые далекие из них. При этом нужно учитывать, что свет от далеких объектов доходит до нас через многие миллиарды лет. Многие десятилетия никак не удавалось, даже погружаясь в прошлое на миллиарды лет, открыть нечто принципиально новое в облике молодых галактик, представлявших все те же звездные системы разных типов. И лишь в самое последнее время появились обнадеживающие сведения, что международный коллектив астрономов, наблюдая мощные радиоисточники в ядрах сверхдалеких галактик, обнаружил системы звезд в процессе формирования.

 

галлактика

 Вселенная галактик

 

галлактика

Знаменитая туманность Андромеды

 

То, что галактики представляют собой самостоятельные звездные острова и целые архипелаги, было осознано недавно — в впервые десятилетия прошлого века. В этом поразившем всех открытии определяющую роль сыграло создание больших телескопов и общее развитие астрофизики. Постепенно перед астрономами открылась потрясающая картина миллиардов звездных вселенных, разделенных сотнями тысяч и миллионов световых лет.

 

Как можно осмыслить эти колоссальные дистанции космоса? Нашим современным ракетам, работающим на химическом топливе, понадобятся многие сотни миллионов лет, чтобы исследовать лишь ближайшие галактические окрестности Млечного Пути. А для полета к соседней галактике, или туманности Андромеды, нужны уже миллиардолетия, ведь даже один световой год содержит немногим меньше 10 тыс. млрд км — и реактивному лайнеру потребуется около миллиона лет для преодоления этого расстояния.

 

Когда произносят слово «галактика», все представляют грандиозную картину звездного водоворота, расходящегося гигантской спиралью. Это тип спиральных галактик с плоскими дисками, погруженными в разряженные сферические облака слабосветящихся старых звезд и газа. Диск спиральных структур состоит из двух или нескольких закрученных рукавов, выходящих из центральной части галактики. Галактические спирали, наполненные молодыми голубыми звездами, считаются одним из самых феерических зрелищ в Метагалактике. У многих спиральных систем в центральной области имеется уже упоминавшаяся нами перемычка из звезд, окутанных пылегазовыми облаками, — бар, к которому и «крепятся» спиральные рукава. Если смотреть на спиральную галактику с ребра, то она будет напоминать веретено, иногда с темной полосой газа и пыли.

 

галлактика

Два звездных острова: эллиптическая и спиральная галактики

 

Несмотря на внешнее разнообразие, все галактические системы — от карликовых систем с десятками миллионов звезд до сверхмассивных с биллионами звезд, по своему строению соответствуют определенному типу.

 

Во множестве встречаются и совершенно бесформенные галактики, напоминающие туманности, насыщенные звездами. Эти странные кучи из миллиардов звезд почти наполовину состоят из молекулярного газа и пыли, получив из-за своей хаотической структуры, а вернее, ее полного отсутствия, название «неправильные».

 

В других галактиках газ и пыль для рождения новых звезд отсутствуют, а старые светила распределяются более-менее равномерно, что придает им форму разнообразных эллипсов. Сферические, или эллипсоидные, галактики обладают наиболее старыми обитателями красноватого цвета, а их размеры меняются от гигантов диаметром в сотни световых лет до совсем крошечных в несколько световых лет, причем находятся они чаще всего в богатых галактических скоплениях.

 

галлактика

Различные типы галактик

 

галлактика

«Неправильная» галактика

 

Типичная галактика асимметричной формы и клочковатой структуры, сильно отличающаяся от эллиптических и спиральных галактик. В сравнении с нашей галактикой «неправильные» имеют небольшие размеры и массы и содержат много межзвездного газа и молодых звезд.

 

Далеко не все галактики наполнены именно видимым светом, некоторые из них, будучи довольно тусклыми в оптическом диапазоне, просто пылают на экранах радиотелескопов. Такие галактики называются активными, а источник их необычного излучения связан с центральной частью, где располагается ядро. Именно там астрофизики помещают наших старых знакомых — кандидатов в исполинские гравитационные коллапсары. При этом чудовищная гравитация заставляет падающее в провал застывшей звезды вещество излучать именно в невидимом диапазоне, превращая галактику в активную.

Как же образовались во Вселенной эти поразительные по красоте водовороты звезд, газа и пыли и почему они столь непохожи на своих овальных и хаотичных собратьев?

 

Здесь надо вспомнить о главной силе, управляющей движением всех небесных тел Метагалактики — от пылинки до галактических сверхскоплений. Это, конечно же, гравитация, действие которой было открыто еще Исааком Ньютоном и выражено в его законе всемирного тяготения. Именно универсальное действие этого закона и объясняет гравитационную концентрацию первичной космической материи в колоссальные массы пылающих звезд и галактик. Правда, распределены гравитирующие массы в пространстве вовсе не хаотично, как считал великий физик, а собраны в поразительные звездные острова. Эти островные вселенные, часто раскинувшие миллионы своих светил на тысячи световых лет, хорошо видны на изображениях галактических спиралей рукавов из цепочек звездных облаков.

 

галлактика

Схематическое строение активной галактики

 

Астрономам, наверное, очень сильно должны завидовать историки, археологи и палеонтологи, мечтой которых всегда было хоть краем глаза заглянуть в далекое прошлое цивилизации, эволюции животного и растительного мира.

 

У астрономов всегда под рукой настоящая машина времени — их приборы, начиная с оптических телескопов, с помощью которых они легко могут наблюдать многомиллиардную историю нашего мира, включая вспышки самых первых звезд во Вселенной. Эти путешествия в прошлое мироздания когда-нибудь обязательно помогут наконец-то определиться с вопросом, что же послужило основой для возникновения первых звездных островов.

 

Сейчас большинство астрономов сходятся во мнении, что это были колоссальные газопылевые облака, в которых непременно должны были возникнуть некие первичные неоднородности состава. Обычно в подобных космогонических сценариях возникновения галактических структур за их зародыши принимаются скопления из легчайших водорода и гелия — наиболее распространенных в Метагалактике элементов. Первичное газообразное вещество в силу самых различных, но до конца еще не ясных причин должно было содержать разнообразные сгущения, которые постепенно наращивали свою массу за счет окружающей среды.

 

галлактика

Молодая галактика с формирующимися рукавами

 

Структура юной спиральной дисковой галактики в различных частях спектра излучения предстает как грандиозный циклон из сотен миллиардов ярких звезд и темной пыли, захваченных в гравитационном вихре спиральных рукавов, кружащихся вокруг центра.

галлактика

 

Рост скоплений газа и пыли сильно ускорялся в ходе их хаотического и очень быстрого движения. Словно снежные комья, они обрастали новым веществом, стремительно «катаясь» внутри молекулярных облаков. Судя по всему, именно из подобных звездных зародышей и возникли самые первые поколения светил, сегодня входящих в шаровые звездные скопления. Стремительно кружащиеся рои звезд и шаровых скоплений, сосредоточенные вокруг центральной области современной Галактики, по-видимому, имеют именно такую природу. Рождавшиеся звезды первого поколения образовали сферическую и плоскую части галактической структуры. Сегодня слои сравнительно плотного молекулярного газа наблюдаются в основном в плоском галактическом диске с выходящими рукавами.

 

галлактика

Различные спиральные галактики

 

После того как в галактиках образовались первые звезды, их дальнейшее развитие пошло в разных направлениях в зависимости от массы и вращательного момента.

 

Дальнейшему сжатию молекулярных пылегазовых облаков препятствует давление их внутреннего магнитного поля и космических лучей. Астрономы давно подметили любопытную закономерность: чем тоньше «блин» галактики, тем меньше возраст составляющих его звезд. Рождение звезд и сегодня происходит в плоских галактических дисках, поэтому там множество горячих массивных звезд, имеющих, как уже говорилось, довольно короткий цикл жизненной эволюции. Оставшаяся от звездного образования часть пылегазовой среды сосредоточивается главным образом в спиральных ветвях и их ответвлениях.

До сих пор вокруг многих спиральных, а отчасти и эллиптических галактик можно наблюдать следы исходных пылегазовых дисков, достигавших колоссальных размеров.

галлактика

Спиральная галактика с массивным центральным диском

 

В мире галактик очень многие крупные звездные системы имеют спиральное строение диска. Галактические спирали в основном отличаются разветвленными рукавами, в которых сосредоточены яркие и горячие молодые звезды.

 

галлактика

Сверхдалекие галактики в поле зрения космического телескопа «Хаббл»

 

Данное изображение показывает одну из самых далеких галактик GN-108036, возникшую через 750 млн лет от начала Большого взрыва, который создал нашу Вселенную. Эта галактика находится от нас на расстоянии 12,3 млрд световых лет.

 

Они медленно вращаются вокруг галактик вместе с остатками межзвездного вещества, из которого и сформировались эти звездные системы. Чем гуще остатки первичной материи, окутывающие галактики, тем старше их возраст, и, судя по красному смещению линий в некоторых спектрах, расстояние до них может достигать чуть ли не миллиардов световых лет. Это значит, что астрономы вплотную подобрались к таинственной эре формирования первичных звездных миров. Большую роль при этом могла играть и таинственная темная материя, образуя своеобразные гравитационные зерна, увеличивающие локальную плотность энергии в некоторых пространственных регионах. Гравитация этих областей воздействует на все окружающее и порождает зародыши будущих галактик. Теперь уже достоверно известно, что почти все галактики находятся в окружении гало темной материи, которая в десятки раз массивнее видимых их компонентов.

Первые галактики нашего мира при рассмотрении в самые сильные телескопы выглядят слабыми красноватыми точечными пятнами. Детальное исследование наиболее удаленных галактик позволило определить расстояния до них и их плотность в Метагалактике, когда она была раз в десять моложе, чем сейчас. Анализ показывает, что ранние галактики представляют собой исключительно карликовые структуры, из которых, скорее всего, и произошли современные исполинские звездные скопления.

 

Наблюдения подобных соседних островных вселенных убеждают нас, что чаще всего они бывают двух видов: либо это медленно вращающиеся незагазованные и незапыленные, а потому и лишенные молодых звезд галактики округлой эллиптической формы, напоминающей обыкновенное яйцо, либо же это быстро вращающиеся спиральные галактики с молодыми звездами и газопылевыми туманностями.

 

Самые загадочные части галактических структур, конечно же, спрятаны в их ядрах. Мы уже рассказывали о ярчайших сверхдалеких квазарах, которые многие астрофизики выдвигают на роль галактических ядер или, вернее, их главных компонентов. Обладая компактными размерами, квазизвезды испускают поток энергии больше, чем вся наша Галактика. В последние годы победила точка зрения, что квазары не что иное, как система сверхмассивных гравитационных коллапсаров. Для того чтобы обеспечить наблюдаемый титанический фонтан энергии, коллапсар должен иметь вид своеобразной многоярусной карусели из застывших звезд, постепенно сливающихся в своем стремительном вращении.

 

галлактика

Ради о галактика с черной дырой

 

Взаимодействие между пылегазовыми облаками в сталкивающихся галактиках порождает ударные волны, вызывающие уплотнение межзвездной среды и рождение новых светил. Несколько первых миллионов лет жизни новые звезды имеют ярко-голубое свечение, которое и свидетельствует о произошедшей галактической катастрофе — столкновениях.

 

Достаточно близкими родственниками квазаров могут быть так называемые активные радиогалактики, заполняющие своими «радиопередачами» космический простор. В оптически видимом диапазоне излучения они выглядят как самые обычные спиральные структуры, но при взгляде в радиотелескопы их активные ядра просто сверкают радиоволнами. Их мощность излучения все время изменяется в широких пределах, показывая, что в глубине галактических ядер протекают какие-то титанические процессы неизвестной нам природы.

 

Среди радиогалактик, отличающихся особо мощным излучением, часто встречаются и великанские эллиптические. Предполагается, что поражающая воображение мощность радиогалактик всех типов также обеспечивается комплексами сверхмассивных застывших звезд, заполняющих сердцевину их ядер.

 

Современные модели формирования галактик предполагают, что первыми структурами в ранней Вселенной были совсем небольшие протогалактики с массой в несколько тысяч масс Солнца. Как же из этих микрозародышей смогли вырасти современные исполинские структуры? Скорее всего, главными движущими силами галактической эволюции, которые и обусловили наблюдаемое разнообразие звездных сообществ, стали межгалактические взаимодействия и столкновения звездных островов друг с другом.

 

галлактика

Активно взаимодействующие галактики

 

При этом слияние двух галактик вовсе не вызывает столкновения между их бесчисленным звездным населением, ведь вероятность встречи двух звезд очень мала, поскольку их линейные размеры крайне незначительны. Однако галактические просторы густо заполнены пылегазовыми туманностями — и именно они активно вступают во взаимодействие, если галактики встречаются «лоб в лоб». При этом гравитационное взаимодействие приводит к разрушению сложившейся структуры газопылевых облаков с последующим возникновением титанических потоков вещества, перетекающих из одной галактики в другую.

 

Скопление галактик

 

Такие процессы способны неузнаваемо изменить внешний вид новой звездной структуры. К примеру, спиральные галактики могут сливаться, формируя эллиптическую систему. А галактические гиганты легко поглощают малышей, еще больше увеличивая свои размеры. Конечно же, эти процессы длятся от десятков миллионов до нескольких миллиардов лет, и для их последовательного анализа необходимо зафиксировать все стадии галактической эволюции для нескольких взаимодействующих галактик на самых различных этапах их слияния.

 

Случается, что расположенные в центре их скопления массивные галактики не только «обдирают» газовые короны встречающихся им галактик, но и захватывают часть звездного населения космического гостя. Астрономы предполагают, что многие галактики с очень массивными гало приобрели их именно каннибальским образом, поглощая материю своих ближайших соседей. По далеко идущим прогнозам, через несколько миллиардов лет своеобразным каннибалом может стать и наша Галактика: начнет поглощать непрерывно приближающееся к ней Большое Магелланово Облако.

 

Наблюдения показывают, что большинство скоплений галактик уже прошло через несколько жестких столкновений. Не исключение и наш Млечный Путь, в диске которого уже слилось несколько небольших галактик. Этот процесс продолжается, и наш звездный остров готовится поглотить чуть ли не десяток маленьких карликовых галактик, которые медленно движутся прямо в нашу сторону.

 

галлактика

 

Линзирование самых далеких галактик

 

Еще один метод исследования жизни звездных сверхскоплений состоит в анализе их населения. У более старых галактик наблюдается сильное истощение запасов межзвездного вещества, так что темпы образования молодых звезд падают, а общее количество светил новых генераций неуклонно снижается. Зато у них наблюдается немало белых карликов, завершающих жизненный путь светил, после того как у них погаснут термоядерные топки. В общем, так и выглядит старение галактик.

 

Читайте также:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *