Формирование галактик. Возникновение и эволюция галактик

Связанная силами гравитационного взаимодействия. Количество звезд и размеры галактик могут быть различными. Как правило, галактики содержат от нескольких миллионов до нескольких триллионов (1 000 000 000 000) звезд. Кроме обычных звезд и межзвездной среды галактики также содержат различные туманности. Размеры галактик от нескольких тысяч до нескольких сотен тысяч световых лет. А расстояние между галактиками достигает миллионов световых лет.

Около 90 % массы галактик приходится на долю темной материи и энергии. Природа этих невидимых компонентов пока не изучена. Существуют свидетельства того, что в центре многих галактик находятся сверхмассивные . Пространство между галактиками практически не содержит вещества и имеет среднюю плотностью меньше одного атома на кубический метр. Предположительно, в видимой части вселенной находится около 100 млрд. галактик.

По классификации, предложенной астрономом Эдвином Хабблом, в 1925 году существуют несколько видов галактик:

• эллиптические(E),
• линзообразные(S0),
• обычные спиральные(S),
• пересеченные спиральные(SB),
• неправильные (Ir).

Эллиптические галактики — класс галактик с четко выраженной сферической структурой и уменьшающейся к краям яркостью. Они сравнительно медленно вращаются, заметное вращение наблюдается только у галактик со значительным сжатием. В таких галактиках нет пылевой материи, которая в тех галактиках, в которых она имеется, видна как тёмные полосы на непрерывном фоне звёзд галактики. Поэтому внешне эллиптические галактики отличаются друг от друга в основном одной чертой — большим или меньшим сжатием.

Доля эллиптических галактик в общем числе галактик в наблюдаемой части вселенной — около 25 %.

Спиральные галактики названы так, потому что имеют внутри диска яркие рукава звёздного происхождения, которые почти логарифмически простираются из балджа (почти сферического утолщения в центре галактики). Спиральные галактики имеют центральное сгущение и несколько спиральных ветвей, или рукавов, которые имеют голубоватый цвет, так как в них присутствует много молодых гигантских звезд. Эти звезды возбуждают свечение диффузных газовых туманностей, разбросанных вместе с пылевыми облаками вдоль спиральных ветвей. Диск спиральной галактики обычно окружён большим сфероидальным гало (светящееся кольцо вокруг объекта; оптический феномен), состоящим из старых звёзд второго поколения. Все спиральные галактики вращаются со значительными скоростями, поэтому звезды, пыль и газы сосредоточены у них в узком диске. Обилие газовых и пылевых облаков и присутствие ярких голубых гигантов говорит об активных процессах звездообразования, происходящих в спиральных рукавах этих галактик.

Многие спиральные галактики имеют в центре перемычку (бар), от концов которой отходят спиральные рукава. Наша Галактика также относится к спиральным галактикам с перемычкой.

Линзообразные галактики — это промежуточный тип между спиральными и эллиптическими. У них есть балдж, гало и диск, но нет спиральных рукавов. Их примерно 20% среди всех звездных систем. В этих галактиках яркое основное тело - линза, окружено слабым ореолом. Иногда линза имеет вокруг себя кольцо.

Неправильные галактики — это галактики, которые 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 четверть от всех галактик. Большинство неправильных галактик в прошлом являлись спиральными или эллиптическими, но были деформированы гравитационными силами.

Эволюция галактик

Образование галактик рассматривают как естественный этап эволюции , происходящий под действием гравитационных сил. Как предполагают ученые, около 14 млрд. лет назад произошел большой взрыв, после которого Вселенная везде была одинаковой. Затем частицы пыли и газа начали группироваться, объединяться, сталкиваться и таким образом появлялись сгустки, которые позднее превращались в галактики. Многообразие форм галактик связано с разнообразием начальных условий образования галактик. Скопление газообразного водорода в пределах таких сгустков стало первыми звездами.

С момента зарождении галактика начинает сжиматься. Сжатие галактики длится около 3 млрд лет. За это время происходит превращение газового облака в звездную систему. Звезды образуются путем гравитационного сжатия облаков газа. Когда в центре сжатого облака достигаются плотности и температуры, достаточные для эффективного протекания термоядерных реакций, рождается звезда. В недрах массивных звезд происходит термоядерный синтез химических элементов тяжелее гелия. Эти элементы попадают в первичную водородно-гелиевую среду при взрывах звезд или при спокойном истечении вещества со звездами. Элементы тяжелее железа образуются при грандиозных взрывах сверхновых звезд. Таким образом, звезды первого поколения обогащают первичный газ химическими элементами, тяжелее гелия. Эти звезды наиболее старые и состоят из водорода, гелия и очень малой примеси тяжелых элементов. В звездах второго поколения примесь тяжелых элементов более заметная, так как они образуются из уже обогащенного тяжелыми элементами первичного газа.

Процесс рождения звезд идет при продолжающемся сжатии галактики, поэтому формирование звезд происходит все ближе к центру системы, и чем ближе к центру, тем больше должно быть в звездах тяжелых элементов. Этот вывод хорошо согласуется с данными о содержании химических элементов в звездах гало нашей Галактики и эллиптических галактик. Во вращающейся галактике звезды будущего гало образуются на более ранней стадии сжатия, когда вращение еще не повлияло на общую форму галактики. Свидетельствами этой эпохи в нашей Галактике являются шаровые звездные скопления.

Когда прекращается сжатие протогалактики, кинетическая энергия образовавшихся звезд диска равна энергии коллективного гравитационного взаимодействия. В это время, создаются условия для образования спиральной структуры, а рождение звезд происходит уже в спиральных ветвях, в которых газ достаточно плотный. Это звезды третьего поколения . К ним относится наше .

Запасы межзвездного газа постепенно истощаются, рождение звезд становится менее интенсивным. Через несколько миллиардов лет, когда будут исчерпаны все запасы газа, спиральная галактика превратится в линзообразную, состоящую из слабых красных звезд. Эллиптические галактики уже находятся на этой стадии: весь газ в них израсходован 10-15 млрд. лет назад.

Возраст галактик равен примерно возрасту Вселенной. Одним из секретов астрономии остаётся вопрос о том, что из себя представляют ядра галактик. Очень важным открытием явилось то, что некоторые ядра галактик активны. Это открытие было неожиданным. Раньше считалось, что ядро галактики - это не больше чем скопление сотен миллионов звёзд. Оказалось, что и оптическое и радиоизлучение некоторых галактических ядер может меняться за несколько месяцев. Это означает, что в течение короткого времени из ядер освобождается огромное количество энергии, в сотни раз превышающее то, которое освобождается при вспышке сверхновой. Такие ядра получили название «активных», а процессы, происходящие в них, «активность».

В 1963 году были обнаружены объекты нового типа, находящиеся за приделами нашей галактики. Эти объекты имеют звездообразный вид. Со временем выяснили, что их светимость во много десятков раз превосходит светимость галактик! Самое удивительное то, что их яркость меняется. Мощность их излучения в тысячи раз превосходит мощность излучения активных ядер. Эти объекты назвали . Сейчас считается, что ядра некоторых галактик представляют собой квазары.

В современной астрономии наиболее широко используется самая первая классификация галактик, предложенная Эдвином Пауэллом Хабблом в 1926 году, и доработанная впоследствии им же, а затем Жераром де Вокулером и Аланом Сендиджем.

Эта классификация основана на форме известных галактик. Согласно ей, все галактики делятся на 5 основных типов:

Эллиптические (Е);

Спиральные (S);

Спиральные галактики с перемычкой - баром (SB);

Неправильные (Irr);

Галактики слишком тусклые, чтобы их можно было классифицировать, Хаббл обозначил символом Q.

Кроме того, в обозначениях галактик в этой классификации используются цифры, указывающие, насколько сплюснута эллиптическая галактика, и буквы - для указания, насколько плотно рукава спиральных галактик примыкают к ядру.

Графически эту классификацию представляют как ряд, который называют последовательность Хаббла (или камертон Хаббла из-за сходства схемы с этим инструментом).

Эллиптические галактики (тип Е) составляют 13% от общего числа галактик. Они выглядят как круг или эллипс, яркость которого быстро уменьшается от центра к периферии. По форме эллиптические галактики очень разнообразны: они бывают как шаровые, так и очень сплюснутые. В связи с этим они подразделены на 8 подклассов - от Е0 (шаровая форма, сжатие отсутствует) до Е7 (наибольшее сжатие).

Эллиптические галактики - наиболее простые по структуре. Они состоят в основном из старых красных и желтых гигантов, красных, желтых и белых карликов. В них нет пылевой материи. Образование звезд в галактиках этого типа не идет уже несколько миллиардов лет. Холодного газа и космической пыли в них почти нет. Вращение обнаружено лишь у наиболее сжатых из эллиптических галактик.

Спиральные галактики - самый многочисленный тип: они составляют около 50% всех наблюдаемых галактик. Большая часть звёзд спиральной галактики расположена в пределах галактического диска. На галактическом диске заметен спиральный узор из двух или более закрученных в одну сторону ветвей или рукавов, выходящих из центра галактики.

Различают два типа спиралей. У первого типа, обозначаемого SA или S, спиральные ветви выходят непосредственно из центрального уплотнения. У второго они начинаются у концов продолговатого образования, в центре которого находится овальное уплотнение. Создаётся впечатление, что две спиральные ветви соединены перемычкой, из-за чего такие галактики и называются пересеченными спиралями; они обозначаются символом SB.

Спиральные галактики различаются степенью развитости своей спиральной структуры, что в классификации отмечается добавлением к символам S (или SA) и SB букв а, b,с.

Рукава спиральных галактик имеют голубоватый цвет, так как в них присутствует много молодых гигантских звёзд. Все спиральные галактики вращаются со значительными скоростями, поэтому звёзды, пыль и газы сосредоточены у них в узком диске (звезды «Населения I»). Вращение в подавляющем большинстве случаев происходит в сторону закручивания спиральных ветвей.

Каждая спиральная галактика имеет центральное сгущение. Цвет сгущений спиральных галактик - красновато-жёлтый, свидетельствующий о том, что они состоят в основном из звезд спектральных классов G, K, и M (то есть самых маленьких и холодных).

Обилие газовых и пылевых облаков и присутствие ярких голубых гигантов спектральных классов О и В говорит об активных процессах звёздообразования, происходящих в спиральных рукавах этих галактик.

Диск спиральных галактик погружён в разреженное слабосветящееся облако звёзд - гало. Гало состоит из молодых звезд «Населения II», образующих многочисленные шаровые скопления.

В некоторых галактиках центральная часть имеет шарообразную форму и ярко светится. Эта часть называется балдж (от англ. bulge - утолщение, вздутие). Балдж состоит из старых звезд «Населения II» и, часто, сверхмассивной черной дыры в центре. У других галактик в центральной части располагается "звёздная перемычка" - бар.

Наиболее известные спиральные галактики - это наша Галактика Млечный Путь и туманность Андромеды.

Линзовидная галактика (тип S0) является промежуточным типом между спиральной и эллиптической галактиками. У галактик этого типа яркое центральное сгущение (балдж) сильно сжато и похоже на линзу, а ветви отсутствуют или очень слабо прослеживаются.

Состоят линзовидные галактики из старых звёзд-гигантов, поэтому и цвет их - красноватый. Две трети линзовидных галактик, подобно эллиптическим, не содержат газа, в одной трети содержание газа такое же, как у спиральных галактик. Поэтому процессы звездообразования идут очень медленными темпами. Пыль в линзовидных галактиках сосредоточена вблизи галактического ядра. К линзовидным галактикам относится около 10% известных галактик.

Для неправильных или иррегулярных галактик (Ir) характерна неправильная, клочковатая форма. Неправильные галактики характеризуются отсутствием центральных уплотнений и симметричной структуры, а также низкой светимостью. Такие галактики содержат много газа (в основном нейтрального водорода) - до 50% их общей массы. К этому типу относится около 25% всех звёздных систем.

Неправильные галактики делятся на 2 большие группы. К первой из них, обозначаемой как Irr I, относят галактики с намеком на определенную структуру. Деление Irr I не окончательное: так, если в изучаемой галактике обнаруживается подобие спиральных рукавов (характерны для галактик типа S), галактика получает обозначение Sm или SBm (имеет в своей структуре перемычку); если же подобного явления не наблюдается - обозначение Im.

Ко второй группе неправильных галактик (Irr II) относятся все остальные галактики с хаотичной структурой.

Есть еще и третья группа неправильных галактик - карликовые, обозначаемые как dI или dIrrs. Считается, что карликовые неправильные галактики похожи на наиболее ранние галактические образования, существовавшие во Вселенной. Некоторые из них представляют собой небольшие спиральные галактики, разрушенные приливными силами более массивных компаньонов.

Характерными представителями таких галактик является Большое и Малое Магеллановы Облака . 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.

Галактики, которые обладают теми или иными индивидуальными особенностями, не позволяющими отнести их ни к одному из перечисленных выше классов, называются пекулярными .

Пример пекулярной галактики - радиогалактика Centaurus A (NGC 5128).

Классификация Хаббла является на данный момент самой распространенной, но не единственной. В частности, широко используются Система де Вокулёра, представляющая собой более расширенную и переработанную версию классификации Хаббла, и Йеркская система, в которой галактики группируются в зависимости от их спектров, формы и степени концентрации к центру.

Если рассматривать замкнутую систему, то общая масса системы и, следовательно, ее общее гравитирующее действие будут зависеть от всей энергии системы, то есть от совокупности энергии вещества и энергии поля тяготения.

А. Эйнштейн

Всякий взрыв непременно сопряжен с той или иной долей хаотичности, и чем мощней взрыв, тем больший хаос он производит. Наиболее мощным взрывом во Вселенной, в котором одновременно участвовало все вселенское вещество, несомненно являлся Большой взрыв. Конечно, с учетом детерминизма теоретически возможно предопределение всех последствий даже такого взрыва. Для этого достаточно знать предшествовавшие ему физические условия как-то вращательный момент Протовселенной, общую массу и распределение плотности входившего в нее эфира. В этом случае имеется формальная возможность просчитать дальнейшее поведение каждого из 10 80 образующихся при рождении вещества протонов. Однако очевидно, что практически решение такой задачи неосуществимо, тем более что заниматься ее решением вообще было некому. А потому приходится с возникшим после Большого взрыва хаосом считаться как с непреложным и не поддающимся точному описанию фактом. С позиций интересующих нас процессов первичный хаос во Вселенной означал всенаправленный выброс вещества из области сингулярности разнокалиберными по своей массе, скорости разлета, кинетической и вращательной энергии сгустками, плотность распределения вещества в которых по мере расширения объема Вселенной последовательно уменьшалась. Параллельно этому происходило и уменьшение скорости их разлета. С “возвращением (гравитационной) сущности на свое место” динамика разлета стала для вещества вообще физически невозможной. Наиболее энергетически выгодным для него оказалось движение по так называемым “геодезическим линиям”, то есть по тем направлениям, где потенциалы гравитационного поля сохраняются практически неизменным, - своеобразным гравитационным монорельсам. Двигаясь по таким траекториям, вещество становится гравитационно-невесомым, а значит, перестает расходовать свою кинетическую энергию. С прекращением разлета вещества Вселенная стабилизирует свои размеры и переходит из стадии расширяющейся в стадию стационарной Вселенной.

В результате такой динамической перестройки характер энергетических процессов во Вселенной претерпел существенные изменения. Если на этапе существования последовательно убывавшая кинетическая энергия вещества преобразовывалась в кинетическую энергию эфира, то с наступлением действительности этот процесс прекратился. Значение каждой из этих составляющих кинетической энергии Вселенной становится практически неизменным. При этом важно иметь в виду, что веществу как первоисточнику кинетической энергии, в значительной мере принадлежала определяющая роль в распределении количеств кинетической энергии по различным областям единого эфирного тела Вселенной, которое (распределение) в силу уже отмеченной нами хаотичности разлета вещества характеризовалось весьма значительными отклонениями от равномерности.

Соответственно этому к моменту наступления действительности в пространстве Вселенной сложилась чрезвычайно сложная динамическая картина. Миллиарды беспорядочно разбросанных по сему занимаемому эфиром объемом облаков разреженной водородно-гелиевой смеси в зависимости от принадлежности к тому или иному скоплению близлежащих облаков участвовали сразу в нескольких вращательных и поступательных движениях. Прежде всего, с той или иной собственной скоростью вращения, обусловленной начальными условиями Большого взрыва, вращалось каждое из облаков в отдельности. Далее, входившие в скопления облака участвовали в общем вращательном движении отдельных скоплений. В свою очередь те скопления, которые входили в состав сверхскоплений, участвовали во вращательном движении этих сверхскоплений. И наконец, все как один элементы единой механической системы Вселенной, будь то отдельные частицы, группы частиц, водородно-гелиевые облака, скопления и сверхскопления облаков, участвовали в общем вращательном движении Вселенной. Таким образом, траектории поступательного движения вещества в объеме единого эфирного тела Вселенной представляли собой весьма замысловатые фигуры. При этом каждая отдельная частица вещества сама по себе располагала собственной кинетической энергией.

Однако, как мы уже отмечали, кинетической энергией, а значит и поступательным движением, в реальной Вселенной располагает не только вещество, но т непрерывный эфир. И вот здесь самое время в систему физических понятий, имеющих важное значение для уяснения сути происходивших в то время событий, ввести понятие гравитационно-значащих объектов. Дело в том, что как показывает современная космическая обстановка, являющаяся непосредственным продолжением и отражением той далекой эпохи, непрерывный эфир Вселенной участвует в совместном, согласованном движении только с теми космическими объектами, масса которых превышает некоторую величину, очередную количественную меру, играющую определяющую роль в работе вселенского гравитационного механизма. Только с такими массивными объектами непрерывный эфир как бы срастается воедино, сопровождая их во всех космических странствиях. Являясь при этом единым телом, общим основанием нашего мира, находящийся в постоянном движении эфир Вселенной увязывает все эти объекты своеобразными гравитационными перемычками в мировую механическую систему, представляющую собой хотя и чрезвычайно сложный, но тем не менее достаточно высокоорганизованный ансамбль. Все остальные объекты, то есть те, которые не располагают достаточной массой, осуществляют свои перемещения в космическом пространстве не совместно с эфиром, а относительно него. К примеру, Солнце, Земля, Луна, другие планеты и массивные спутники планет движутся в пространстве Вселенной совместно с прилегающими к ним слоями эфира различной мощности, а кометы, астероиды, метеориты, легкие спутники планет, ракеты, самолеты и т. д. и т. п. перемещаются относительно эфира, входящего в состав того или иного гравитационно-значащих объектов. Не достигшие гравитационной значимости объекты не располагают собственным гравитационным полем; они лишь вносят то или иной вклад в гравитационное поле того массивного объекта, пространстве которого они в данный момент находится.

Но это все сейчас, а в ту далекую эпоху начала действительности плотных космических объектов еще не было, им еще только предстояло сформироваться из той чрезвычайно разреженной водородно-гелиевой смеси, которая была беспорядочно разбросана по всему пространству Вселенной в виде отдельных облаков, скоплений и сверхскоплений. Приостановив хаотический разлет вещества, принудив его к движению по геодезическим направлениям, возвратившаяся на свое место гравитационная сущность вновь приступила к своей характерной деятельности - самоуплотнению. Только теперь, когда в едином теле эфира оказался не один неподвижный, а великое множество подвижных локальных, региональных и зональных центров тяжести масс, строение гравитационного организма Вселенной приобрело сложную иерархическую структуру, характеризующуюся большой асимметрией и внутрисистемной изменчивостью. Перемещаясь совместно с гравитационно-значащими массами водородно-гелиевой смеси, совершающими свои замысловатые движения, непрерывный эфир превратился в своеобразный бурный космический океан с многочисленными интенсивными глубинными течениями.

Естественно, что в условиях практически полного отсутствия какого-либо порядка в распределении масс и энергии вещества и эфира в пространстве Вселенной никакой речи о едином механизме ее стягивания к общему центру тяжести, как это имело место на этапе Протовселенной, быть не могло. Общий гравитационный механизм некогда одноэлементного эфира был раздроблен на неподдающиеся непосредственному счету количество составных частей. Однако это отнюдь не мешало его врожденной способности к самоуплотнению, а всего лишь придало этой способности широко разветвленный характер. Теперь, когда материя стала двух субстанциальной, высоко динамичной, неоднородной и асимметричной, существо противоборства вещества и эфира стало состоять в следующем. Обладающие кинетической энергией гравитационно-значащие массы вещества оказались внутри сопровождающих их инерциальное движение оболочек эфира, общесистемное единство которых надежно обеспечивалось чрезвычайно разветвленной, простирающейся по всей Вселенной эфирной перемычкой. Каждая из взаимосвязанных таким образом локальных оболочек наряду с приобретенной ею кинетической энергией обладала самостоятельной энергией стягивания, которой противодействовали силы внутреннего давления, возникающие вследствие хаотического теплового движения частиц вещества. в силу того, что для этапа действительности характерен некоторый перевес общей гравитирующей потенциальной энергии эфира над общей антигравитирующей кинетической энергией вещества, локальные оболочки эфира тоже получили некоторый энергетический перевес над внутренним давлением водородно-гелиевых облаков. Так в пространстве Вселенной сформировались многочисленные протогалактические туманности, представлявшие собой гравитационно-значащие массы вещества, полностью погруженные в контролирующие их движение эфирные оболочки.

Под воздействием обладающей перевесом потенциальной энергии эфира входящие в каждую из туманностей вещество начало последовательно сгущаться, что равносильно повышению его плотности. В свою очередь, повышение плотности вещества оказывает на его энергетические способности двоякое действие. С одной стороны, за счет роста количества случайных столкновений частиц вещества его упругость, противодействующая силам внешнего давления со стороны эфира, тоже растет, что ограничивает возможности сжатия протогалактической туманности как единого целого определенным пределом. Однако, с другой стороны, увеличение количества столкновений сопровождается уменьшением общей энергии вещества за счет выхода ее за пределы туманности в виде возникающих в результате соударений частиц квантов излучения – фотонов. К тому же рост числа столкновений вызывает повышение хаотичности в движении вещества, что приводит к образованию новых неоднородностей в плотности его распределения. В силу всех этих причин в протогалактической туманности возникают области возмущения и в действие вступают выявленные английским астрофизиком Д. Джинсом законы кинетической теории газов, согласно которым единая туманность делится на обособленные фрагменты, размеры которых пропорциональны критической джинсовой длине. При этом самый маленький по размерам фрагмент образуется в центре протогалактики, где плотность вещества самая большая, а критическая джинсовая длина соответственно самая маленькая. Так образуется зародыш массивного ядра будущей галактики. Следующий за центром протогалактики слой делится на более крупные фрагменты, за ним идут еще более крупные, и еще. В результате в примерно шаровом объеме протогалактической туманности образуется множество шаровых фрагментов. Каждый из которых обладает собственной гравитационной массой.

В этих новых условиях контролирующий системное единство протогалактики эфир, сохраняя свою способность удерживать туманность от распада, наряду с общей оболочкой, охватывающей протогалактику целиком, создает частные оболочки вокруг каждого обособившегося фрагмента. Поэтому дальнейшее стягивание туманности приобретает комплексный характер: как целостное образование она продолжает сжиматься к центру масс протогалактик и, которым служит наиболее плотный центральный фрагмент Я (ядро); как фрагментарное образование она сжимается в каждом из своих фрагментов. Последние точно потому же принципу, как протогалактическая туманность раздробилась на шаровые фрагменты, делятся на еще более многочисленные и мелкие образования – протозвездные облака. И снова происходит перераспределение усилий эфира. Теперь они уже направлены на 1) удержание единой формы протогалактической туманности, которая за счет общего вращения туманности приобретает эллиптический вид; 2) удержание шаровых форм образовавшихся после дробления туманности фрагментов; 3) уплотнение вещества, оказавшегося в составе обособившихся протозвездных облаков.

Прошло еще какое-то время и гравитационным силам стягивания удалось настолько уплотнить вещество протозвезд, что в них в результате добровольного объединения атомов легчайших элементов в легкие сначала затеплились, а потом на полную мощь разгорелись термоядерные реакции. В космических небесах одна за другой во все нарастающем темпе стали появляться водородно-гелиевые звезды. Так протогалактики повсеместно превратились в эллиптические галактики.

Добровольное объединение атомов легчайших элементов в легкие (термоядерная реакция) сопровождается выделением некоторого количества энергии. Физически ее происхождение вызвано тем, что для удержания получающегося в ходе реакции легкого атома в устойчивом состоянии требуется меньшая энергия связи, чем сумма энергий связи вошедших в его состав легчайших атомов. Избыток энергии связи в виде фотонов и нейтрино испускается в окружающее пространство. С позиций последовательного эволюционного развития материального мира Вселенной данное явление означает рождение очередной (четвертой по счету) энергетической сущности – термоядерной. При этом часть входившего в эфирные оболочки легчайших атомов вещества перерабатывается в излучение, чем и обеспечивается высокая оптическая и прочая энергетическая активность водородно-гелиевых звезд первого поколения.

В середине прошлого века состоятельный любитель астрономии лорд Росс построил собственный телескоп, который и в наше время мог бы считаться весьма крупным - диаметр его зеркального объектива составлял 180 см. Телескоп позволил обнаружить на небе большое количество неизвестных ранее туманных пятен, многие из которых, как мы теперь знаем, являются далекими галактиками.

Наблюдая одну из туманностей в созвездии Гончих Псов (М51, по каталогу Мессье), Росс неожиданно об­наружил, что она вовсе не бесформенна, а имеет инте­ресную структуру: две нечеткие бледные полоски как бы исходят из центрального сгущения и закручиваются в одну сторону по спирали. Так впервые была открыта спиральная структура галактик. Галактики, обладаю­щие такой структурой, получили название спиральных.

Заметим, что М51 и сейчас считается одной из ин­тереснейших галактик. На небе она находится неда­леко от ковша Большой Медведицы, и наблюдать ее наиболее яркую центральную часть можно даже в не­большой телескоп.

В начале XX в. научились получать фотографии га­лактик. Фотографическая эмульсия, как известно, обла­дает бесценным свойством накапливать действие па­дающего на нее света. То, что при визуальных наблю­дениях выглядит бледным, едва заметным пятном, на фотографии может предстать ясным четким изображе­нием галактики со сложной внутренней структурой.

Спиральные ветви обнаружились на фотографиях большинства наблюдаемых галактик. К числу спираль­ных принадлежит и туманность Андромеды, и наша Га­лактика. Спиральные галактики обычно обозначаются буквами Sa, Sb и Sc (рис. 2). Причем маленькие буквы а, b, с характеризуют степень развития спиральной структуры: Sa - спиральные ветви гладкие, туго обхва­тывающие большую яркую и бесструктурную область в центре галактики (ядро); Sc - спиральные ветви дале­ко отходят от небольшого по размерам ядра, неровные, клочковатые, подчас разбивающиеся на отдельные яр­кие сгустки; Sb - ветви с промежуточными характери­стиками (см. фотографии на рис. 3).

В некоторых галактиках спирали начинаются как бы от концов толстого прямого звездного рукава - «ба­ра», расположенного в центре галактики. Такие галак­тики называются спиральными с перемычкой и их обо­значают SBa, SBb или SBc.

Но далеко не все галактики обладают спиральной структурой. Многие галактики имеют на фотографии форму кругов или эллипсов с расплывчатыми очерта­ниями и сильной концентрацией яркости к центру. Это так называемые эллиптические галактики. Их обычно обозначают буквой Е. И если невозможно найти две одинаковые спиральные галактики - у каждой свой, подчас очень сложный рисунок ветвей, то эллиптиче­ские галактики часто практически неотличимы друг от друга по форме.

Эллиптические галактики могут иметь различную степень сплюснутости. Для ее учета часто за буквой Е пишут цифру, которую определяют следующим обра­зом. Пусть галактика выглядит как эллипс с большой осью а и малой осью 6; тогда цифра, характеризующая сплюснутость, - это округленная до целого числа дробь 10 (а- b )/а. Цифра 0 соответствует «круглой» га­лактике, 6 - сильно сплюснутой. Эллиптические галак­тики, сплюснутость которых характеризовалась бы циф­рами, большими 6, не наблюдаются.

Между типами S и Е в классификационной после­довательности располагаются так называемые линзовидные галактики (они обозначаются как S0), но о них мы расскажем несколько позже.

Существуют также галактики, которые не имеют ни спиральных ветвей, ни эллиптических или близких к ним очертаний. Пример тому-ближайшие к нам га­лактики - БМО и ММО. Подобные галактики облада­ют неправильной, асимметричной формой, потому и по­лучили название «неправильные» (обозначаются Ir).

Мы описали наиболее широко распространенную, хотя и довольно приближенную классификацию наблю­даемых форм галактик. Сразу же заметим: не для всех галактик она годится, так как слишком многообразны по внешнему виду могут быть звездные острова. Но мы пока ограничимся рассмотрением этих трех типов, объ­единяющих абсолютное большинство наблюдаемых галактик: эллиптические Е, спиральные S, неправиль­ные Ir.

Чем вызвано различие этих типов галактик по их внешнему виду? Чем галактики этих типов физически отличаются друг от друга? Почему вообще галактики бывают такими непохожими одна на другую? Над ре­шением этих вопросов работают сейчас ученые.

Довольно быстро было установлено, что галактики различных типов отличаются по цвету.

Глаз человека не различает цветовые оттенки, если объекты наблюдений имеют нпзкую яркость (как, на­пример, галактики). Да и невозможно получить объ­ективные и точные глазомерные оценки цвета, даже если исследовать яркий источник. В астрономической практике для измерения цвета обычно фотографируют объект через два или несколько светофильтров. После этого по специальной методике, которой мы здесь ка­саться не будем, измеряя степень почернения изобра­жения на негативах, получают количественную оценку цвета объекта, так называемый показатель цвета.

Измерив цвета галактик различного типа, астроно­мы выявили следующую закономерность: при переходе от Е- к S- и далее к Ir-галактикам их цвет системати­чески становился все более и более голубым. О чем это может говорить? Видимо, о том, что у галактик различен звездный состав - ведь цвет галактик опре­деляется цветом и светимостью составляющих их звезд.

Итак, галактики отличаются своим внешним видом, размерами, звездным составом (цветом). Они также различаются по массе, количеству межзвездного газа и другим характеристикам. Однако многие галактики объединяет и нечто общее. Это - их строение, основные особенности структуры.

Рассмотрим, к примеру, структуру спиральных га­лактик. Мы видим их как пятна с круглыми или эл­липтическими очертаниями, внутри которых прослежи­вается спиральная структура. По одному их только изображению ничего нельзя сказать об их пространст­венной форме. Когда хотят ее определить, скажем, у торного хребта или недоступной горы, делают стереофотоснимок - фотографируют объект (например, с са­молета) в двух ракурсах. Но сделать стереоснимок га­лактик мы, к сожалению, никогда не сможем - слиш­ком велики до них расстояния.

Изучению пространственной структуры помогает статистика - ведь мы наблюдаем не одну, а много га­лактик, по разному относительно нас ориентированных в пространстве. Статистический анализ наблюдений по­казал, что спиральные галактики - сплюснутые и в большинстве своем осесимметричные образования (правда, расположение отдельных ярких участков мо­жет нарушать эту симметрию).

Структура галактики особенно хорошо заметна, когда мы наблюдаем ее «с ребра». Тогда в ней ясно видны звездный диск и утолщение в центре (рис. 3).

Диск в большинстве спиральных галактик - их са­мая массивная часть. Он включает в себя преобладаю­щую массу звезд и дает основной вклад в свечение га­лактики. Толщина диска обычно составляет сотни пар­сек. На фотографиях те галактики, что повернуты к нам ребром, кажутся пересеченными темной неровной полоской, идущей вдоль диска. Это - следы межзвезд­ной пыли. На примере нашей Галактики мы знаем, что в межзвездном пространстве газ перемешан с пылью. Газа примерно в 100 раз больше, чем пыли, но он про­зрачен и поэтому не задерживает свет звезд. Иное де­ло - пыль. Из-за нее далекие звезды в направлении Млечного Пути мы видим сильно ослабевшими и по­красневшими. Млечный Путь - это наиболее яркая, близкая к плоскости нашей Галактики область звезд­ного диска. Даже невооруженным глазом заметно, что его очертания очень неровны. В созвездии Лебедя Млечный Путь даже раздваивается на два рукава. Все это - результат проекции на Млечный Путь облаков межзвездной среды, содержащих пыль. И поэтому если бы мы могли наблюдать диск нашей Галактики со сто­роны, «с ребра» (а где-нибудь кто-то наверняка его так наблюдает), то также видели бы его пересеченным темной полосой.

Газо-пылевой слой по толщине в несколько раз меньше звездного диска (см. рис. 4). Но с газом связаны молодые и горячие звезды, звездные скопления, облака нагретого водорода. Все эти объекты образуют так назы­ваемую плоскую составляющую галактик, изобилующую яркими источниками света, которая располагается внут­ри звездного диска. Спиральные ветви - самое первое, что бросается в глаза на снимках галактик, - также образованы членами плоской составляющей.

Обратимся теперь к утолщению в центральной ча­сти галактик. Его образуют звезды, принадлежащие к так называемой сферической (или, правильнее, сфероидаль­ной) звездной составляющей. В отличие от плоской она не сильно концентрируется к плоскости галактики: по­верхности равной концентрации ее звезд в пространстве представляют собой эллипсоиды вращения с отношением осей от 1:1 до 3: 1. Однако звезды сфероидальной со­ставляющей очень сильно концентрируются к центру галактики, вблизи которого их плотность особенно велика.

Итак, плоская составляющая со спиральными ветвя­ми, яркими звездами, газом и пылью, массивный звезд­ный диск и сфероидальная составляющая - это элемен­ты структуры спиральных галактик. В разных галак­тиках относительный вклад их в общую светимость различен. Как правило, от Е- к S- и далее - к Ir-галак­тикам уменьшается вклад сфероидальной и растет яр­кость плоской составляющей, которая богата молоды­ми горячими звездами.

Различные составляющие галактик имеют свойствен­ный только им закон уменьшения яркости от центра галактики к ее краю. Яркость звездного диска (вместе с плоской составляющей) / почти всегда связана с рас­стоянием от центра R простым экспоненциальным за­коном: I 1 = Ae — Bk , или lnI 1 =А 1 -B 1 R , где А , А 1 и В, В 1 - величины, постоянные для данной галактики.

Для эллиптической галактики зависимость наблю­даемой яркости от расстояния до центра I 2 (R ) имеет приблизительно такой вид: lnI 2 = C-DR l /4 ; здесь С и D - также постоянные величины (различные, конечно, для разных галактик). Очень важно, что такая же за­висимость характерна и для яркости сфероидальных со­ставляющих спиральных (а возможно, и для неправиль­ных) галактик. Отсюда следует такой вывод: спираль­ные галактики по своей структуре отличаются от эллип­тических только тем, что имеют звездные диски со спи­ральными ветвями. Если же мысленно убрать у них звездный диск, то перед нами окажется обычная эллип­тическая галактика.

Интересно, что в природе много и таких галактик, у которых есть и сфероидальная составляющая и диск, но отсутствует плоская составляющая, т. е. молодые горячие звезды или спиральные ветви. Такие галактики выглядят осесимметричными образованиями, очень по­хожими на эллиптические, и лишь по тому, каким за­коном описывается падение их яркости к краю, можно узнать о наличии в них звездного диска. Это - уже упо­минавшиеся линзовидные галактики S0. На классифи­кационной схеме их помещают между спиральными и эллиптическими галактиками - у них есть сходство и с теми и с другими.

В табл. 3 просуммировано все вышесказанное о структуре галактик различных типов. Знаки «+» или «-» в ней указывают на наличие или отсутствие тех или иных элементов структуры галактики.

Из табл. 3 видно, что строение галактик, в общем-то, сходно: они содержат те же элементы структуры, однако относительная доля массы, приходящаяся на различные компоненты ее структуры, меняется в ши­роких пределах от галактики к галактике. Но вместе с этим, как оказалось, меняются и свойства так назы­ваемого звездного населения галактик, к рассказу о котором мы переходим.

Вселенная огромна и увлекательна. Сложно представить, насколько мала Земля по сравнению с космической бездной. Согласно самых осторожных предположений астрономов, существует 100 миллиардов галактик, а Млечный Путь - лишь одна из них. Что же касается Земли, только во Млечном пути есть 17 миллиардов подобных планет... и это не считая других, которые радикально отличаются от нашей планеты. А среди галактик, которые сегодня стали известны ученым, встречаются очень необычные.

1. Messier 82

Messier 82 или просто M82 - галактика в пять раз ярче Млечного Пути. Это обусловлено очень быстрым процессом рождением молодых звезд в ней – они появляются в 10 раз чаще, чем в нашей галактике. Красные шлейфы, исходящие из центра галактики - пылающий водород, который выбрасывается из центра M82.

2. Галактика-подсолнечник

Формально известная как Messier 63, эта галактика была прозвана Подсолнечником, поскольку выглядит так, будто сошла с картины Винсента Ван Гога. Ее яркие, извилистые "лепестки" состоят из недавно образованных сине-белых гигантских звезд.

3. MACS J0717

MACS J0717 является одной из самых странных галактик, известных ученым. Технически это не один звездный объект, а скопление галактик - MACS J0717 образовалась при столкновении четырех других галактик. Причем процесс столкновения идет уже более 13 миллионов лет.

4. Messier 74

Если бы у Санта Клауса была любимая галактика, то это явно стала бы Messier 74. О ней часто вспоминают астрономы во время рождественских праздников, ведь галактика очень похожа на Рождественский венок.

5. Галактика Baby Boom

Находящаяся примерно в 12,2 миллиардах световых лет от Земли, галактика "бэби-бум" была обнаружена в 2008 году. Получила она свое прозвище из-за того, что в ней невероятно быстро рождаются новые звезды - примерно каждые 2 часа. К примеру, в Млечному Пути новая звезда появляется в среднем каждые 36 дней.

6. Млечный путь

Наша Галактика Млечный Путь (в которой находится Солнечная система, а, соответственно, и Земля) действительно является одной из самых примечательных из известных ученым галактик во Вселенной. В ней есть, по крайней мере 100 миллиардов планет и около 200-400 миллиардов звезд, некоторые из которых являются одними из старейших в известной вселенной.

7. IDCS 1426

Благодаря кластеру галактик IDCS 1426 сегодня можно видеть то, какой была Вселенная на две трети моложе, чем сейчас. IDCS 1426 является самым массивном скоплением галактик в ранней Вселенной, которое имеет массу около 500 триллионов Солнц. Ярко-синее ядро галактики из газа является результатом столкновением галактик в этом кластере.

8. I Zwicky 18

Карликовая голубая галактика I Zwicky 18 - самая молодая из известных галактик. Ее возраст составляет всего 500 миллионов лет (возраст Млечного пути - 12 миллиардов лет) и она по сути пребывает в состоянии эмбриона. Это гигантское облако холодного водорода и гелия.

9. NGC 6744

NGC 6744 - большая спиральная галактика, которая (как считают астрономы) одна из наиболее похожих на наш Млечный путь. У галактики, расположенной примерно в 30 миллионах световых лет от Земли, на удивление идентичные с Млечным путем удлиненное ядро и спиральные рукава.

10. NGC 6872

Галактика, известная как NGC 6872, является второй по величине спиральной галактикой из когда-либо обнаруженных учеными. В ней было найдено множество областей активного звездообразования. Поскольку в NGC 6872 практически не осталось свободного водорода для образования звезд, она "высасывает" его из соседней галактики IC 4970.

11. MACS J0416

Найденная в 4,3 миллиардах световых лет от Земли, галактика MACS J0416 больше похожа на какое-то световое шоу на модной дискотеке. На самом деле, за яркими фиолетовыми и розовыми цветами скрывается событие колоссального масштаба - столкновение двух скоплений галактик.

12. M60 и NGC 4647 - галактическая пара

Хотя гравитационные силы притягивают большинство галактик друг к другу, нет никаких доказательств того, что подобное происходит с соседними Messier 60 и NGC 4647. При этом также нет никаких доказательств того, они отдаляются друг от друга. Как пара, давным-давно живущая вместе, эти две галактики так и мчатся бок о бок через холодный и темный космос.

13. Messier 81

Расположенная неподалеку от Messier 25, Messier 81 является спиральной галактикой со сверхмассивной черной дырой в центре, масса которой в 70 миллионов раз больше массы Солнца. M81 является домом для многих короткоживущих, но очень горячих голубых звезд. Гравитационное взаимодействие с M82 привело к тому, что между обеими галактики протянулись шлейфы газообразного водорода.

Около 600 миллионов лет назад галактики NGC 4038 и NGC 4039 врезались друг в друга, начав массово обмениваться звездами и галактической материей. Из-за внешнего вида эти галактики прозвали антеннами.

15. Галактика Сомбреро

Галактика Сомбреро - одна из самых популярных среди астрономов-любителей. Название она получила из-за того, что благодаря своему яркому ядру и большой центральной выпуклости выглядит как этот головной убор.

16. 2MASX J16270254 + 4328340

Эта расплывчатая на всех снимках галактика известна под довольно сложным названием 2MASX J16270254 + 4328340. В результате слияния двух галактик образовался "мелкодисперсный туман, состоящий из миллионов звезд". Считается, что этот "туман" медленно рассеивается, поскольку срок жизни галактики истекает.

17. NGC 5793

Не слишком странная (хотя очень красивая) на первый взгляд, спиральная галактика NGC 5793 более известна своим редким явлением: мазерами. Люди знакомы с лазерами, которые излучают свет в видимой области спектра, но мало кто знает о мазерах, которые излучают свет в диапазоне СВЧ.

18. Галактика Треугольника

На фото изображена туманность NGC 604, расположенная в одном из спиральных рукавов галактики Messier 33. Более 200 очень горячих звезд нагревают ионизованный водород в этой туманности, что заставляет его флуоресцировать.

19. NGC 2685

NGC 2685, которую также иногда называют спиральной галактикой, находится в созвездии Большой Медведицы. Будучи одной из первых найденных полярных кольцевых галактик, NGC 2685 имеет внешнее кольцо из газа и звезд, вращающихся вокруг полюсов галактики, что делает ее одной из самых редких разновидностей галактик. Ученые до сих пор не знают, что приводит к образованию этих полярных колец.

20. Messier 94

Messier 94 выглядит как ужасный ураган, который был снят на Земле с орбиты. Эта галактика окружена ярко-голубыми кольцами активно формирующихся звезд.

21. Кластер Пандоры

Формально известная как Abell 2744, эта галактика была прозвана кластером Пандоры из-за целого ряда странных явлений, вытекающих из столкновения нескольких более мелких скоплений галактик. В ней творится настоящий хаос.

22. NGC 5408

То, что больше похоже на снимках на разноцветный праздничный торт, - неправильная галактика в созвездии Центавра. Примечательна она тем, что испускает сверхмощное рентгеновское излучение.

23. Галактика Водоворот

Галактика Водоворот, официально известная как M51a или NGC 5194, достаточно большая и близкая к Млечному пути, чтобы ее можно было бы увидеть на ночном небе даже в бинокль. Она была первой классифицированной спиральной галактикой и представляет особый интерес для ученых благодаря своему взаимодействию с карликовой галактикой NGC 5195.

24. SDSS J1038 + 4849

Скопление галактик SDSS J1038 + 4849 является одним из самых привлекательных кластеров, когда-либо найденных астрономами. Выглядит он как настоящий смайлик в космосе. Глаза и нос являются галактиками, а изогнутая линия "рта" обусловлена воздействием гравитационного линзирования.

25. NGC3314a и NGC3314b

Хотя эти две галактики выглядят как будто они сталкиваются, на самом деле это оптический обман. Между ними десятки миллионов световых лет.