Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

26.2: Типи галактик

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    78485

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Цілі навчання

    До кінця цього розділу ви зможете:

    • Опишіть властивості та особливості еліптичних, спіральних та нерегулярних галактик
    • Поясніть, що може спричинити зміну вигляду галактики з плином часу

    Встановивши існування інших галактик, Хаббл та інші почали уважніше спостерігати за ними - відзначаючи їх форми, вміст та стільки інших властивостей, скільки вони могли виміряти. Це було складним завданням у 1920-х роках, коли отримання однієї фотографії або спектру галактики могло зайняти повну ніч невтомних спостережень. Сьогодні більші телескопи та електронні детектори зробили це завдання менш складним, хоча спостереження за найвіддаленішими галактиками (тими, які показують нам Всесвіт на ранніх фазах) все ще вимагає величезних зусиль.

    Першим кроком у спробі зрозуміти новий тип об'єкта часто є просто описати його. Пам'ятайте, першим кроком у розумінні зоряних спектрів було просто сортування їх за зовнішнім виглядом (див. Аналіз Starlight). Як з'ясовується, найбільші і найсвітліші галактики мають одну з двох основних форм: або вони більш плоскі і мають спіральні руки, як наша власна Галактика, або вони здаються еліптичними (дирижаблі або сигароподібними). Багато більш дрібні галактики, навпаки, мають неправильну форму.

    Спіральні галактики

    Наша власна Галактика і Галактика Андромеди - типові, великі спіральні галактики (див. Рисунок\(26.1.1\) у розділі 26.1). Вони складаються з центральної опуклості, ореолу, диска та спіральних плечей. Міжзоряний матеріал зазвичай поширюється по дисках спіральних галактик. Яскраві емісійні туманності та гарячі молоді зірки присутні, особливо в спіральних рукавах, показуючи, що нове утворення зірок все ще відбувається. Диски часто запилені, що особливо помітно в тих системах, які ми розглядаємо майже ребро на (рис.\(\PageIndex{1}\)).

    альт
    Малюнок\(\PageIndex{1}\) Спіральні галактики. (а) Спіральні плечі M100, показані тут, синіші, ніж решта галактики, вказуючи на молоді зірки високої маси та зоряні області. (b) Ми розглядаємо цю спіральну галактику, NGC 4565, майже точно на краю, і з цього кута ми бачимо пил у площині галактики; вона виглядає темною, оскільки поглинає світло від зірок галактики.

    У галактиках, на яких ми бачимо обличчям, яскраві зірки та емісійні туманності роблять руки спіралей виділяються, як у вертушки четвертого липня. Відкриті зоряні скупчення можна побачити в обіймах ближчих спіралей, а кулясті скупчення часто видно в їх ореолах. Спіральні галактики містять суміш молодих і старих зірок, подібно до Чумацького Шляху. Всі спіралі обертаються, і напрямок їх спина таке, що руки здаються слідом так само, як поминки човна.

    Близько двох третин сусідніх спіральних галактик мають тілесні або арахісоподібні смуги зірок, що проходять через їх центри (рис.\(\PageIndex{2}\)). Показуючи велику оригінальність, астрономи називають ці галактики загородженими спіралями.

    альт
    Малюнок\(\PageIndex{2}\) Загороджена спіральна галактика. NGC 1300, показаний тут, являє собою спіральну галактику із забороною. Зверніть увагу, що спіральні плечі починаються з кінців бруска.

    Як ми зазначали в розділі Галактики Чумацького Шляху, наша Галактика також має скромну планку (див. Рисунок\(25.2.1\) у розділі 25.2). Спіральні плечі зазвичай починаються від торців бруса. Той факт, що бари настільки поширені, свідчить про те, що вони довго живуть; можливо, більшість спіральних галактик утворюють планку в якийсь момент під час їх еволюції.

    Як в спіральних галактиках, так і в безбарвних спіральних галактиках ми спостерігаємо цілий ряд різних форм. На одній крайності центральна опуклість велика і світиться, руки слабкі і щільно згорнуті, а яскраві емісійні туманності і надгігантські зірки непомітні. Хаббл, який розробив систему класифікації галактик за формою, дав цим галактикам позначення Са. Галактики в цій крайності можуть не мати чіткої спіральної структури плеча, що призводить до об'єктивоподібного вигляду (їх іноді називають лінзоподібними галактиками). Ці галактики, здається, мають стільки ж властивостей з еліптичними галактиками, як і зі спіральними галактиками.

    На іншій крайності центральна опуклість невелика, а руки вільно поранені. У цих галактиках Sc дуже помітні світяться зірки та емісійні туманності. Наша Галактика і галактика Андромеди є проміжними між двома крайнощами. Фотографії спіральних галактик, що ілюструють різні типи, показані на малюнку\(\PageIndex{3}\) разом з еліптичними галактиками для порівняння.

    альт
    Малюнок Класифікація галактик\(\PageIndex{3}\) Хаббла. На цьому малюнку показана оригінальна класифікація галактик Едвіна Хаббла. Еліптичні галактики знаходяться зліва. Праворуч ви можете побачити основні спіральні фігури, проілюстровані, поряд із зображеннями фактичних спіральних та безбарвних спіралей.

    Світлові частини спіральних галактик, здається, коливаються в діаметрі від приблизно 20 000 до більш ніж 100 000 світлових років. Недавні дослідження виявили, що існує, ймовірно, велика кількість галактичного матеріалу, який виходить далеко за межі видимого краю галактик. Цей матеріал, здається, є тонким холодним газом, який важко виявити в більшості спостережень.

    За наявними даними спостережень маси видимих частин спіральних галактик оцінюються в діапазоні від 1 мільярда до 1 трильйона Сонця (\(10^9\)до\(10^{12}\)\(M_{\text{Sun}}\)). Загальна світність більшості спіралей падає в діапазоні від 100 мільйонів до 100 мільярдів разів більшої світності нашого Сонця (\(10^8\)до\(10^{11}\)\(L_{\text{Sun}}\)). Наші Galaxy і M31 відносно великі і масивні, як йдуть спіралі. Існує також значна темна матерія в галактиках і навколо них, так само, як і в Чумацькому Шляху; ми виводимо її присутність з того, як швидко зірки в зовнішніх частинях Галактики рухаються по своїх орбітах.

    Еліптичні галактики

    Еліптичні галактики майже повністю складаються зі старих зірок і мають форми, які є сферами або еліпсоїдами (кілька роздавлені сфери) (Рисунок\(\PageIndex{4}\)). Вони не містять слідів спіральних плечей. У їхньому світлі переважають старші червонуваті зірки (населення II зірок обговорювалося в Галактиці Чумацького Шляху). У більших довколишніх еліптиках можна визначити багато кулястих скупчень. Пил і емісійні туманності не помітні в еліптичних галактиках, але багато хто містить невелику кількість міжзоряної речовини.

    альт
    Малюнок\(\PageIndex{4}\) Еліптичні галактики. (a) ESO 325-G004 — гігантська еліптична галактика. Інші еліптичні галактики можна побачити по краях цього зображення. (б) Ця еліптична галактика, ймовірно, виникла внаслідок зіткнення двох спіральних галактик.

    Еліптичні галактики показують різні ступені сплющення, починаючи від систем, які є приблизно сферичними, до тих, які наближаються до площинності спіралей. Рідкісні гігантські еліптики (наприклад, ESO 325-G004 на рис.\(\PageIndex{4}\)) досягають світності\(10^{11}\)\(L_{\text{Sun}}\). Маса в гігантському еліптичному може бути такою ж великою, як\(10^{13}\)\(M_{\text{Sun}}\). Діаметри цих великих галактик простягаються на кілька сотень тисяч світлових років і значно більші за найбільші спіралі. Хоча окремі зірки обертаються навколо центру еліптичної галактики, орбіти не всі знаходяться в одному напрямку, як це відбувається в спіралі. Тому еліптики, здається, не обертаються систематично, що ускладнює оцінку того, скільки темної матерії вони містять.

    Ми виявляємо, що еліптичні галактики варіюються аж від щойно описаних гігантів до карликів, які можуть бути найпоширенішим видом галактики. Карликові еліптики (іноді їх називають карликовими сфероїдалами) надовго уникали нашого помітки, оскільки вони дуже слабкі і важко помітні. Прикладом карликової еліптичної є Сфероїдальна галактика Карлика Лева I, показана на малюнку\(\PageIndex{5}\). Світність цього типового карлика приблизно дорівнює світності найяскравіших кулястих скупчень.

    Проміжними між гігантською та карликовою еліптичними галактиками є такі системи, як M32 та M110, два супутники галактики Андромеди. Хоча їх часто називають карликовими еліптиками, ці галактики значно більші за галактики, такі як Лев I.

    альт
    Малюнок\(\PageIndex{5}\) Гном Еліптична Галактика. М32, карликова еліптична галактика і один з супутників гігантської галактики Андромеди M31. M32 є карликом за галактичними мірками, оскільки він становить лише 2400 світлових років у поперечнику.

    Нерегулярні галактики

    Хаббл класифікував галактики, які не мають правильних форм, пов'язаних з категоріями, які ми щойно описали, у смітник неправильної галактики, і ми продовжуємо використовувати його термін. Як правило, нерегулярні галактики мають менші маси і світність, ніж спіральні галактики. Нерегулярні галактики часто виявляються дезорганізованими, і багато хто зазнає відносно інтенсивної активності зіркоутворення. Вони містять як молоде населення I зірок, так і старе населення II зірок.

    Дві найвідоміші нерегулярні галактики - Велика Магелланова хмара та Мала Магелланова хмара (Рисунок\(\PageIndex{6}\)), які знаходяться на відстані трохи більше 160 000 світлових років і є одними з наших найближчих позагалактичних сусідів. Їх назви відображають той факт, що Фердинанд Магеллан і його екіпаж, здійснюючи свою кругосвітню подорож, були першими європейськими мандрівниками, які помітили їх. Хоча ці дві системи не видно зі Сполучених Штатів та Європи, вони виділяються з Південної півкулі, де вони виглядають як хитрі хмари на нічному небі. Оскільки вони лише приблизно на одну десяту відстань, як галактика Андромеди, вони представляють прекрасну можливість астрономам вивчати туманності, зоряні скупчення, змінні зірки та інші ключові об'єкти в обстановці іншої галактики. Наприклад, Велика Магелланова Хмара містить комплекс 30 Дорада (також відомий як Туманність Тарантула), одну з найбільших і найбільш світяться груп надгігантських зірок, відомих в будь-якій галактиці.

    альт
    Малюнок\(\PageIndex{6}\) 4-метровий телескоп на межамериканській обсерваторії Серро Тололо Силуето проти Південного неба. Праворуч від купола видно Чумацький Шлях, а ліворуч видно Великі і Магелланові хмари.

    Мала Магелланова хмара значно менш масивна, ніж Велика Магелланова хмара, і вона в шість разів довша, ніж широка. Цей вузький матеріал вказує прямо на нашу Галактику, як стріла. Мала Магелланова хмара, швидше за все, була викривлена в свою нинішню форму через гравітаційні взаємодії з Чумацьким Шляхом. Великий слід сміття від цієї взаємодії між Чумацьким Шляхом та Магеллановою хмарою був усипаний по небу і розглядається як серія газових хмар, що рухаються з аномально високою швидкістю, відомої як Магеллановий потік. Ми побачимо, що такий вид взаємодії між галактиками допоможе пояснити неправильні форми всієї цієї категорії малих галактик.

    Перегляньте цей прекрасний альбом, який демонструє різні типи галактик, які були сфотографовані космічним телескопом Хаббла.

    Еволюція Галактики

    Натхнені успіхом діаграми H-R для зірок (див. Аналіз зоряного світла), астрономи, які вивчають галактики, сподівалися знайти якусь порівнянну схему, де відмінності в зовнішньому вигляді можуть бути пов'язані з різними еволюційними етапами життя галактик. Чи не було б приємно, якби кожна еліптична галактика перетворилася на спіраль, наприклад, так само, як кожна зірка основної послідовності перетворюється на червоного гіганта? Кілька простих ідей такого роду були випробувані, деякі - сам Хаббл, але жодна не витримала випробування часом (і спостережливістю).

    Оскільки жодної простої схеми еволюції одного типу галактики в інший не вдалося знайти, астрономи тоді прагнули до протилежної точки зору. Деякий час більшість астрономів вважали, що всі галактики сформувалися дуже рано в історії Всесвіту і що відмінності між ними пов'язані зі швидкістю утворення зірок. Еліптики були тими галактиками, в яких вся міжзоряна матерія швидко перетворювалася в зірки. Спіралі були галактиками, в яких утворення зірок відбувалося повільно протягом усього життя галактики. Ця ідея виявилася занадто простою, а також.

    Сьогодні ми розуміємо, що принаймні деякі галактики змінювали типи протягом мільярдів років з початку Всесвіту. Як ми побачимо в наступних розділах, зіткнення та злиття між галактиками можуть різко змінити спіральні галактики на еліптичні галактики. Навіть ізольовані спіралі (без сусідніх галактик на виду) можуть з часом змінювати свій вигляд. Оскільки вони споживають свій газ, швидкість утворення зірок сповільниться, а спіральні плечі поступово стануть менш помітними. Тому протягом тривалих періодів спіралі починають більше нагадувати галактики в середині малюнка\(\PageIndex{3}\) (які астрономи називають типами S0).

    За останні кілька десятиліть вивчення того, як розвиваються галактики протягом життя Всесвіту, стало однією з найактивніших сфер астрономічних досліджень. Більш детально ми обговоримо еволюцію галактик в «Еволюції та розподілі галактик», але давайте спочатку трохи детальніше подивимося, що таке різні галактики.

    Резюме

    Більшість яскравих галактик - це або спіралі, або еліптики. Спіральні галактики містять як старі, так і молоді зірки, а також міжзоряну речовину, і мають типові маси в діапазоні\(10^9\) до\(10^{12}\)\(M_{\text{Sun}}\). Наша власна Галактика - велика спіраль. Еліптики - це сфероїдальні або трохи витягнуті системи, які майже повністю складаються зі старих зірок, з дуже мало міжзоряної речовини. Еліптичні галактики варіюються за розмірами від гігантів, більш масивних, ніж будь-яка спіраль, аж до карликів, з масами всього близько\(10^6\)\(M_{\text{Sun}}\). Карликові еліптики - це, мабуть, найпоширеніший тип галактики у сусідньому Всесвіті. Невеликий відсоток галактик з більш дезорганізованими формами класифікується як нерегулярні. Галактики можуть змінювати свій вигляд з часом через зіткнення з іншими галактиками або через зміну швидкості утворення зірок.

    Глосарій

    еліптична галактика
    галактика, форма якої є еліпсом і що не містить помітного міжзоряного матеріалу
    неправильна галактика
    галактика без будь-якої чіткої симетрії або візерунок; ні спіраль, ні еліптичні галактики
    спіральна галактика
    сплющені, обертається галактика з вертушкоподібними руками міжзоряного матеріалу і молодих зірок, звивисті з його центральної опуклість