Галактики - острова вселенной

Спиральные галактики - один из основных типов галактик, 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 эллиптической галактикой, содержащей множество старых звёзд - так называемое «Население II» - и нередко сверхмассивную чёрную дыру в центре;
• диск является плоским вращающимся образованием, состоящим из межзвёздного вещества, 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.

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, 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 наблюдения в ИК-диапазоне на Космическом телескопе имени Спитцера и многолетние радиоастрономические наблюдения, также относится к спиральным галактикам с перемычкой.

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 сверхгигантов 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 сверхновой. Как следствие, большое количество голубых сверхгигантов придаёт спиралям галактик яркий голубоватый оттенок.

Карликовые галактики - небольшие галактики, состоящие из нескольких миллиардов звёзд (что очень мало по сравнению, например, с нашей Галактикой, насчитывающей около 200-400 миллиардов звёзд). К карликовым относят галактики со светимостью меньше 109 L (примерно в 100 раз меньше светимости Млечного Пути). Большое Магелланово Облако, включающее 30 миллиардов звёзд, иногда классифицируется как карликовая галактика, в то время как другие рассматривают её как полноценную галактику, движущуюся вокруг Млечного Пути.

Очень сильно разнятся карликовые галактики по поверхностной яркости. Если обычные галактики имеют  среднюю поверхностную яркость  примерно равную яркости ночного  неба, то карликовые галактики отличаются друг от друга по своей поверхностной яркости более чем на 10m.

Неправильные  галактики - это галактики, не вписывающиеся в последовательность Хаббла. Они не обнаруживают ни спиральной, ни эллиптической структуры. Чаще всего такие галактики имеют хаотичную форму без ярко выраженного ядра и спиральных ветвей. В процентном отношении составляют одну четвертую от всех галактик. Большинство неправильных галактик в прошлом являлись спиральными или эллиптическими, но были деформированы гравитационными силами.

Существует два больших  типа неправильных галактик:

Неправильные галактики первого типа представляют собой неправильные галактики, имеющие намеки на структуру, которых, однако, не достаточно, чтобы отнести их к последовательности Хаббла. Существует два подтипа таких галактик - обнаруживающих подобие спиральной структуры, и с отсутствием таковой.

Неправильные галактики второго типа - это галактики, не имеющие никаких особенностей в своей структуре, позволяющих отнести их к последовательности Хаббла.

Третий подтип неправильных галактик - так называемые карликовые неправильные галактики, обозначаемые как dI или dIrrs. Этот тип галактик в настоящее время считается важным звеном в понимании общей эволюции галактик. Вызвано это тем, что они обнаруживают тенденцию низкого содержания металлов и экстремально высокого содержания газа и поэтому подразумеваются схожими с самыми ранними галактиками, заполнявшими Вселенную. Этот тип галактик может представлять местную версию тусклых голубых галактик, обнаруженных в ходе миссии «Hubble Ultra Deep Field».

Некоторые неправильные галактики  являются маленькими спиральными галактиками, разрушенными приливными силами больших  компаньонов.

В прошлом считалось, что  Большое и Малое Магеллановы  облака относятся к неправильным галактикам. Однако позже было обнаружено, что они имеют спиральную структуру  с баром. Поэтому эти галактики  были переквалифицированы в SBm, четвёртый тип спиральных галактик с баром.

Линзообразные галактики – занимают промежуточное положение между эллиптическими и спиральными галактиками, но не являются результатом эволюции галактик одного типа в галактики другого типа. У них есть гало и диск, но нет спиральных рукавов. Такие галактики обозначаются S0.Однако звездное население линзовидных галактик похоже на население эллиптических галактик и состоит из старых красных звезд-гигантов. Поэтому цвет линзовидных галактик тоже красноватый. Две третьи линзовидных галактик, подобно эллиптическим, не содержит газа, в одной трети содержания газа такое же, что и у спиральных галактик. Сам факт, что линзовидные галактики чаще встречаются в плотных скоплениях, а также то, что спиральные галактики изолированнее, чем линзовидные, свидетельствуют в пользу гипотезы о потере линзовидными галактиками газа в результате трения о межгалактический газ, которым заполнены скопления галактик. В результате эволюция этих галактик оказалась прерванной, сделав невозможным дальнейшее звездообразование, которое прекратилось около 5 млрд лет назад.

Радиогалактики - галактики с мощным радиоизлучением, которое в тысячу и более раз превышает мощность радиоизлучения таких галактик как наша. Причиной мощного радиоизлучения является выброс высокоэнергичных частиц (протонов и электронов) из активного ядра галактики, где они получают большую энергию и разгоняются до околосветовых скоростей. Радиоизлучение возникает при движении быстрых электронов в слабых магнитных полях. Основной поток радиоволн в некоторых случаях исходит из центральной части галактики, а в некоторых - из гигантских по объему областей за пределами галактики, которые обычно расположены симметрично с ее ядром. Радиогалактики почти всегда относятся к числу массивных эллиптических галактик. Ближайшая к нам радиогалактика - яркая пекулярная галактика NGC 5128 известная как радиоисточник Центавр А (эллиптическая галактика с протяженным газопылевым диском вдоль ее малой оси, который наблюдается с ребра). Более мощной радиогалактикой является ярчайшая эллиптическая галактика М87 в скоплении Девы. Наиболее мощные из известных радиогалактик излучают энергию, которая сопоставима с энергией оптического излучения всех звезд галактики вместе взятых. Примером таких объектов является радиогалактика Лебедь А, которая, находясь на расстоянии более миллиарда св. лет от нас, является одним из самых ярких радиоисточников на небе.