Многообразие галактик

Галактики — это большие звёздные системы, в которых звёзды связаны друг с другом силами гравитации. Существуют галактики, включающие триллионы звёзд. Наша Галактика — Млечный Путь — также достаточно велика: в ней более 200 млрд звёзд. Самые маленькие галактики содержат звёзд в миллион раз меньше и скорее напоминают находящиеся в Млечном Пути шаровые скопления, только значительно больше по размерам. Помимо обычных звёзд галактики включают в себя межзвёздный газ, пыль, а также различные «экзотические» объекты: белые карлики, нейтронные звёзды, чёрные дыры. Газ в галактиках не только рассеян между звёздами, но и образует громадные облака (массой до миллиона масс Солнца), яркие туманности вокруг горячих звёзд, плотные и холодные газопылевые туманности. Большие звёздные системы имеют массы в сотни миллиардов масс Солнца. Наименьшие из карликовых галактик «весят» всего лишь в 100 тыс. раз больше Солнца. Таким образом, интервал масс у галактик значительно шире, чем у звёзд: самые «тяжёлые» и самые «лёгкие» звёзды различаются по массе менее чем в 1000 раз.
Внешний вид и структура звёздных систем также весьма различны, и в соответствии с этим галактики делятся на морфологические типы.
Ближайшими к нам и самыми яркими на небе галактиками являются Магеллановы Облака. Они выглядят как два туманных облачка, подобно двум оторвавшимся кусочкам Млечного Пути. К сожалению, в Северном полушарии их не видно. Но морякам, плававшим в южных морях, издавна были известны два небольших «облака», которые серебристо светятся в хорошую погоду на ночном небе. Самым удивительным казалось то, что облака не меняли своего расположения относительно звёзд, они были словно приклеены к небу. В XV в. моряки называли их Капскими Облаками. Южный полюс мира, в отличие от северного, труднее найти на небе, так как рядом с ним нет таких ярких и приметных звёзд, как Полярная.
А Облака находятся неподалёку (на расстоянии около 20°)от южного полюса небесной сферы и образуют с ним примерно равносторонний треугольник. Такое положение сделало их объектами, удобными для ориентирования. Однако природа Облаков долго ещё оставалась загадкой.
Во время кругосветного путешествия Фернана Магеллана в 1519- 1521 гг. его спутник и летописец Ан-тонио Пигафетта описал Облака в своих путевых заметках, а после гибели знаменитого мореплавателя он предложил назвать Облака Магелла-новыми — Большим и Малым.
Магеллановы Облака относятся к самым крупным видимым на небе астрономическим объектам. Большое Магелланово Облако (БМО) имеет протяжённость более 5°, т. е. 10 видимых диаметров Луны. Малое Магелланово Облако (ММО) — чуть более 2°. На фотографиях же, где удаётся зафиксировать и слабые внешние районы, размеры Облаков равны соответственно 10° и 6°. Если свет от БМО собрать в одну точку на небе, то получится объект, сравнимый по блеску с самыми яркими звёздами. Свет от БМО идёт к нам 200 тыс. лет, а от ММО — 170 тыс. лет.
При исследовании неба с помощью современных телескопов обнаружено множество галактик, похожих на Магеллановы Облака. Для них характерна неправильная, клочковатая форма. В таких галактиках содержится много газа — до 50% их общей массы. Этот тип называют неправильными галактиками и обозначают Ir (от англ. irregular — «неправильный»). К данному классу относятся около У/о всех известных звёздных систем.
Эллиптические галактики составляют 25% от общего числа галактик высокой светимости. Их принято обозначать буквой Е (от англ. elliptical — «эллиптический»), к которой добавляется цифра от О до 6, соответствующая степени уплощения системы (ЕО — «шаровые» галактики, Еб — наиболее «сплюснутые»). На фотопластинках они выглядят как нерезкий круг или эллипс, яркость которого быстро спадает от центра. Цвет у эллиптических галактик красноватый, так как состоят они преимущественно из старых звёзд. Холодного газа в таких системах почти нет, но наиболее массивные из них заполнены очень разреженным горячим газом температурой более миллиона градусов.
Спиральные галактики по внешнему виду напоминают чечевицу или двояковыпуклую линзу. На галактическом диске заметен спиральный узор из двух или более (до десяти) закрученных в одну сторону ветвей, или рукавов, выходящих из центра галактики. Диск погружен в разреженное слабосветящееся сфероидальное облако звёзд — гало. К этому классу принадлежит половина всех наблюдаемых галактик. (Подробнее об их строении можно прочесть в статье «Наша Галактика и место Солнца в ней».)
Обозначают спиральные галактики буквой S. По степени структурности (развитости) спиральных ветвей и общей форме их подразделяют на типы, называемые хаббловскими типами — по имени американского астронома Эдвина Хаббла, предложившего классификацию галактик. Системы с гладкими, туго закрученными спиральными ветвями относят к типу Sa. В них центральная шарообразная часть (балдж) является яркой и протяжённой, а рукава — нечёткие, размытые. Если же спирали более мощные и чёткие, а центральная часть менее выделяется, то такие галактики принадлежат к типу Sb. Галактики с развитой клочковатой спиральной структурой, балдж которых слабо просматривается на общем фоне, относятся к типу Sc.
У некоторых спиральных систем в центральной части имеется почти прямая звёздная перемычка — бар. В этом случае к их обозначению после буквы S добавляется В (например, SBc).
Линзовидные галактики — это промежуточный тип между спиральными и эллиптическими. У них есть балдж, гало и диск, но нет спиральных рукавов. Такие галактики обозначаются SO. Среди всех звёздных систем их примерно 20%.
Встречаются среди галактик и карликовые, которые не вписываются в классификацию Хаббла. Они в несколько десятков раз меньше по размерам и массе, чем нормальные галактики. Но галактики-карлики отличаются от остальных не только величиной. Жизненный путь этих звёздных систем настолько своеобразен, что накладывает отпечаток и на свойства звёзд внутри галактик, и на свойства галактик в целом.
Открытие семейства карликовых галактик началось с 30-х гг. XX в. В те времена американский астроном Хар-лоу Шепли обнаружил два слабых, еле заметных скопления звёзд в созвездиях Скульптора и Печи (южное полушарие неба). Природа их оставалась неясной до тех пор, пока не были измерены расстояния до них. Слабые скопления звёзд оказались внегалактическими объектами, самостоятельными карликовыми звёздными системами очень низкой плотности. Это вызвало интерес к слабым галактикам с низкой поверхностной яркостью, и через некоторое время было известно уже множество карликовых галактик.
Карликовые галактики обозначают буквой d (от англ. dwarf — «карлик»). Их можно разделить на карликовые эллиптические dE, карликовые сфероидальные dSph (Sph — сокращение от англ. sphere — «шар»), карликовые неправильные dir и карликовые голубые компактные галактики dBCG (здесь BCG — сокращение от англ. blue compact galaxies — «голубые компактные галактики»).
Карлики dE отличаются от нормальных эллиптических галактик главным образом размерами и массой. Это фактически те же эллиптические галактики, только с меньшим числом звёзд. Состоят они в основном из старых звёзд небольшой массы, содержат очень мало газа и пыли.
Карликовые сфероидальные галактики во многом похожи на карликовые эллиптические, но гораздо более разреженны. Они образованы старыми водородно-гелиевыми звёздами с очень низким содержанием тяжёлых химических элементов. Последнее обстоятельство накладывает отпечаток на физические свойства этих звёзд: они более горячие, более голубые, и эволюция их протекает несколько иначе, чем у звёзд с «солнечным» химическим составом. Ряд близких карликовых сфероидальных галактик являются спутниками нашей Галактики.
Другие типы карликовых галактик — dir и dBCG — это небольшие по размерам и массе бесформенные системы, очень богатые газом (в некоторых случаях газа по массе больше, чем звёзд). Основное различие между ними заключается в том, что в dBCG-галактиках часто наблюдается интенсивное звездообразование и рождается большое число голубых массивных звёзд. Благодаря этому галактики выглядят более яркими, компактными и окрашенными в голубой цвет.
Галактик с хорошо развитыми спиральными ветвями среди карликов не встречается. Скорее всего для образования спиралей нужен массивный звёздный диск. Масса же карликовых галактик недостаточна для этого.
Существует также класс больших спиральных звёздных систем, поверхностная яркость которых намного меньше, чем у нормальных. Необычным в них является низкая плотность звёздного диска: новые звёзды по неясным причинам почти не рождаются в этих галактиках. Их называют анемичными (хилыми) или спиральными галактиками низкой яркости.
Подсистемы в галактике (балдж, диск, гало) гравитационно взаимодействуют друг с другом, составляя единое целое. До сих пор галактики «достраивают» себя изнутри, образуя звёзды и звёздные скопления. «Пищей» для этого служит газ. Эллиптические галактики уже давно израсходовали свой запас газа, и молодых звёзд в них нет. В других галактиках, где газ ещё остался, звёзды продолжают рождаться. Возникают они большими группами — звездообразованием бывают охвачены огромные области размерами до нескольких тысяч световых лет. Наиболее массивные звёзды, быстро пройдя свой жизненный путь, взрываются как сверхновые. Взрывы сверхновых вызывают мощные волны сжатия в окружающей межзвёздной среде, а это в свою очередь стимулирует «эпидемию» звездообразования в соседних участках галактики.
«Общественное положение» галактики зависит от её массы. Массивные, крупные «князья» и «бароны» окружены многочисленной свитой из галактик поменьше. Мелкие галактики при прохождении сквозь крупные подчас «платят дань», отдавая им частично или полностью свой строительный материал — газ. Если две галактики проходят достаточно близко друг от друга, то их гравитационные поля активно влияют на движение звёзд и газа в этих системах. В результате внешний вид галактик может претерпеть заметные изменения.
На фотографиях пар близких галактик или тесных групп галактик можно заметить, что их формы искажены, нередко наблюдаются хвосты и перемычки из газа и звёзд. Такие галактики называются взаимодействующими. Взаимодействие галактик часто вызывает вспышку звездообразования, во время которой в отдельных очагах рождаются сотни миллионов звёзд. Наблюдаются также галактики-«каннибалы», разрушающие и «пожирающие» своих меньших соседей, затянутых в «паутину» гравитационного поля.
Взаимодействие галактик при определённых условиях приводит к тому, что часть газа в одной из них или в обеих попадает в самый центр, в ядро галактики. Это может привести к всплеску активности ядра — к выделению большого количества энергии в крошечной центральной области, сопоставимой по размеру с Солнечной системой. Галактики с активными ядрами очень часто встречаются среди имеющих близких спутников и среди взаимодействующих галактик (см. статьи «Галактики с активными ядрами» и «Взаимодействующие галактики»).