Что такое галактика и какой она бывает

Когда люди смотрят в ночное небо, они видят завораживающее сияние миллиардов звезд, часть из которых входят в состав нашей галактики — Млечный Путь. Но звездных систем, звездных скоплений, удаленных от Земли на миллионы световых лет, и находящихся за пределами нашей галактики — бесконечное количество. Их изучение позволяет лучше понять происхождение и масштабы Вселенной.

Галактики — это крупные системы состоящие из звезд, межзвездного газа, звездных скоплений, пыли и темной материи которые связаны между собой силой гравитационного взаимодействия. Все элементы данных систем, наиболее крупных образований во Вселенной, как правило, двигаются относительно общего центра. Ученые предполагают, что существует не менее 3 трлн подобных скоплений. Все они находятся на большом удалении от Земли.

Ближайшие галактики, которые можно увидеть на небе невооруженным взглядом, — это Андромеда, Большое и Малое Магелланово облака и М33.

Происхождение и структурные компоненты

Слово «галактика» с древнегреческого языка переводится как «молочное кольцо». Ученые предполагают, что галактики появились в течение 150 млн лет после Большого взрыва. Точный возраст галактических систем определить трудно, так как их формирование может занимать от 1 до 2 млрд лет.

Звездные системы распространены по Вселенной неравномерно: в некоторых областях наблюдаются их скопления, в других образования встречаются редко.

Точные размеры галактик определить сложно, потому что резких границ они не имеют. Чем дальше от центра, тем меньше яркость находящихся в них звезд. Поэтому периферийные зоны иногда не попадают в поле зрения телескопов.

Системы галактик включают от 1 до 10 скоплений. Например, Млечный Путь, в котором находится Солнечная система, входит в Местную группу. Одиночные галактики встречаются крайне редко, чаще всего они объединяются в пары, трио и более крупные организации.

Объекты внутри систем отличаются друг от друга по массе, происхождению и химическому составу.

Типы галактик и их характеристики

Многообразие звездных систем побудило ученых задуматься об объединении их по внешнему виду, а также закономерностям проходящих внутри процессов. В 1925 г. Эдвин Хаббл предложил классификацию скоплений по их морфологии и дал им определение. Этот список без изменений используется и сегодня. Созданы и более детальные систематизации.

Эллиптические галактики (e)

Имеют форму эллипса. Включают в себя красные и холодные космические тела-гиганты. По данным астрономов, доля эллиптических звездных систем составляет 20% от всего объема. Существуют карликовые и гигантские скопления.

Галактики содержат много пыли и газа, но астрономы полагают, что системы эллиптической формы — это последний этап эволюции галактических систем. Сверхмассивные черные дыры, находящиеся в ядре наиболее древних образований, засасывают газ и пыль и тем самым тормозят их развитие.

Ближайшая к Земле галактика эллиптического типа, открытая в 1938 г. американским астрономом Харлоу Шеплом, находится в созвездии Скульптор. Она относится к карликовым сфероидальным системам и имеет отличительную особенность — высокое содержание металлических объектов (около 4% от общей массы). Такой показатель наблюдается в образованиях, расположенных на краю видимой Вселенной.

Спиральные галактики (s)

Представляют собой своеобразный звездный блин, который вращается вокруг своей оси и содержит до 500 млрд объектов. В центральной зоне наблюдается овальное вздутие — бандаж. Спиральные образования имеют два диска и благодаря множеству закрученных спиралевидных ветвей считаются наиболее красивым и завораживающим зрелищем в космосе.

Пример галактической системы спиральной формы — Туманность Андромеды. Она упоминалась еще в трудах немецкого астронома Симона Майра в 17 в. Первая фотография звездного диска, наклоненного под углом 15°, была сделана в 1899 г. Исааком Робертсом. В 2006 г. была зафиксирована крупная вспышка: предположительно, произошел взрыв сверхновой.

В 1912 г. ученые выяснили, что Туманность Андромеды движется по направлению к Солнцу с впечатляющей скоростью — 300 км/ч. По прогнозам исследователей, через 3 млрд лет Туманность Андромеды столкнется с Млечным путем. Это означает, что в результате взаимодействия Солнечная система будет выброшена в космическое пространство, но разрушения планет не произойдет.

Неправильные галактики (Irr)

Не вписываются в структуру, созданную Хабблом, так как не могут быть описаны как образования эллиптической или спиральной формы. У них нет ядра, а движение звезд хаотично. Предположительно, раньше неправильные системы имели четкие границы, но под воздействием разных гравитационных сил деформировались.

Выделяют три подтипа галактик:

1. Irr I — системы, чья структура угадывается, но недостаточно, чтобы их можно было отнести к одному из типов, выделенных Хабблом.

1. Irr II — системы, пережившие столкновение в прошлом или переживающие гравитационное взаимодействие сейчас.
2. Карликовые неправильные — галактики, которые характеризуются минимальной светимостью.

Примерами последних систем являются Большое и Малое Магеллановы облака (БМО и ММО), которые находятся в той области неба, которая относится к Южному полушарию (в России не наблюдаются). В диаметре они меньше Млечного пути в 30 раз и легче в 300 раз, удалены от галактики, в которой находится Земля, на 163 тыс. световых лет.

Первые наблюдения за ними были произведены в начале 1 тысячелетия н. э. Позже образования наблюдали Америго Веспуччи в 1503 г. и Фернан Магеллан в 1519 г. во время кругосветного путешествия. В честь последнего мореплавателя они и были названы.

Современные исследования стали возможны после запуска телескопа «Хаббл». В 2006 г. стало известно, что период вращения БМО составляет 250 млн лет.

С полярными кольцами

Галактики такой формы встречаются редко. Они имеют необычную форму (внешнее кольцо вращается непосредственно над полюсами) и внешне напоминают большой овал с перпендикулярно расположенным внутри малым овалом.

Поэтому существует предположение, что галактики образовались при слиянии двух систем. Изучение таких систем затруднено небольшим числом исследуемых объектов и их большой удаленностью.

Пример галактики с полярными кольцами — линзовидная система Центавра А, которая в космическом каталоге имеет номер NGC 5128. Она отличается интенсивным излучением и считается одной из самых активных радиогалактик.

Расстояние от Солнечной системы — 12 млн лет. Образование было открыто в 1826 г. английским ученым Джеймсом Данлопом, а в 1847 г. Джон Гершель составил подробное описание Центавры А. С помощью космического телескопа «Хаббл» и орбитальной установки «Обсерватория Эйнштейна» были обнаружены крупные квазары и нейтронные звезды.

Пекулярные галактики

Характеризуются искаженной структурой, причина которой — столкновение с другой галактикой или воздействие материи после выбросов космического вещества. Из-за индивидуальных особенностей их нельзя отнести к классификации Хаббла.

Как проходит изучение

Солнце, Луну, астероиды, кометы и другие космические объекты человечество активно исследует уже несколько тысяч лет.

Начиная со Средних веков ведущие ученые, такие как Галилео Галилей, Уильям Гершель и Шарль Мессье, наблюдали и фиксировали тысячи туманностей на небосводе, но их природу и структуру понять не могли.

Изучение галактик и понимание их разновидностей стало возможным только в начале 20-х гг., когда были сделаны первые фотографии ночного неба с длинной экспозицией. Тогда было доказано, что свечение идет извне Млечного пути.

Первые каталоги видимой части Вселенной были составлены Эдвином Хабблом. Он придумал классификацию звездных систем по их форме и морфологии происхождения.

Позже работа по изучению галактик была продолжена в разных странах мира: в СССР — Б. А. Воронцовым-Вельяминовым, в США — Ф. Цвикки и др. Интересные факты о галактиках были открыты в 1990 г., после запуска космической обсерватории «Хаббл». Начался виток развития внегалактической астрономии. Со временем появились подробные атласы и каталоги с координатами скоплений.

Современные телескопы могут наблюдать объекты, удаленные на многие миллионы световых лет от Земли. Расстояния чаще всего измеряются фотометрическим методом, когда за основу наблюдений берется объект с уже имеющимися характеристиками свечения.

Интересные факты

Познавательная информация о галактиках:

1. Количество объектов внутри скоплений всегда разное. В среднем в каждом образовании находится от нескольких миллионов звезд.
2. Есть предположение, что в центре каждой системы существует черная дыра, которая считается ядром и основным источником гравитационного притяжения.
3. Прямо сейчас Млечный Путь поглощает карликовую галактику — Гнома-Стрельца.
4. Основную массу галактик (около 90%) составляет темная материя.
5. Диаметр галактик измеряется килопарсеками. Например, размер Млечного пути — 30 кП, а самой большой из всех зафиксированных — свыше 600 кП.
6. Галактики так быстро отдаляются друг от друга, что через несколько миллиардов лет их нельзя будет наблюдать с Земли.
7. При взаимодействии 2 систем вероятность столкновения внутренних объектов минимальна (причина тому — большое расстояние).
8. Млечный Путь относится к карликовым образованиям, считается спутником галактики-гиганта.
9. Системы постоянно увеличивают свой размер и массу. Расширение происходит 2 способами: путем втягивания из пространства газов и частиц пыли или с помощью столкновений и слияний друг с другом.

Светимость галактик измеряется в Lс и определяется количеством находящихся в них звезд. Существуют небольшие объекты с излучением в несколько миллионов Lс и гигантские системы с показателем в миллиарды Солнц.