ГАЛАКТИКА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ, ТИПЫ, ФОРМИРОВАНИЕ - ARTE - 2025

Галактика представляет собой конгломерат астрономических объектов и материи, таких как газовые и пылевые облака, миллиарды звезд, туманностей, планет, астероидов, комет, черные дыры, и даже много темной материи, все структурированным благодаря силе тяжести.

Наша Солнечная система является частью большой спиральной галактики под названием Млечный Путь. Это название, производное от греческого, можно перевести как «молочный путь» из-за его сходства с тускло освещенной полосой, пересекающей небесную сферу.

Рисунок 1. Красивая линзовидная галактика, известная как Галактика Сомбреро M104 в созвездии Девы, на расстоянии 29,35 миллиона световых лет, видна с помощью телескопа Хаббла. Источник: Wikimedia Commons.

Ясными летними ночами его можно очень хорошо наблюдать между созвездиями Скорпиона и Стрельца, так как в этом направлении находится ядро ​​и где плотность звезд намного выше.

История открытия галактик

Великий греческий мыслитель и математик Демокрит из Абдеры (460–370 до н.э.) был первым, кто предположил - в его время не было телескопов - что Млечный Путь на самом деле состоит из тысяч звезд, расположенных так далеко друг от друга, что невозможно различить одну. Другой.

Потребовалось некоторое время, прежде чем Галилей (1564–1642) согласился с ним, когда, наведя телескоп, он обнаружил, что на небе больше звезд, чем он мог сосчитать.

Галилео Галилей - Источник: Доменико Тинторетто

Немецкий философ Иммануил Кант (1724–1804) предположил, что Млечный Путь состоит из многих тысяч солнечных систем и что все целое имеет эллиптическую форму и ритмично вращается вокруг центра.

Кроме того, он также предположил, что существуют другие группы звезд и планет, такие как Млечный Путь, и назвал их островными вселенными. Эти островные вселенные будут видны с Земли как крошечные слабые пятна света.

20 лет спустя, в 1774 году, появился каталог Мессье - подборка из 103 видимых на сегодняшний день глубоких космических объектов, составленная французским астрономом Шарлем Мессье (1730-1817).

Среди них были некоторые кандидаты в островные вселенные, которые назывались просто туманностями. Туманность M31 была одной из них, которая сегодня известна как соседняя галактика Андромеды.

Уильям Гершель (1738-1822) расширил список объектов дальнего космоса до 2500 и первым описал форму Млечного Пути. Однако ученые еще не осознали, что определенные туманности, такие как M31, сами по себе были огромными конгломератами звезд, подобных Млечному Пути.

Требовался телескоп с достаточным разрешением, и его можно было купить в 1904 году, когда огромный телескоп в обсерватории Маунт-Вильсон в Калифорнии был построен с зеркалом диаметром 100 дюймов. Только тогда размер Вселенной стал очевиден, потому что и без того огромный Млечный Путь - всего лишь одна галактика среди бесчисленных их конгломератов.

В 1924 году Эдвину Хабблу (1889–1953) удалось измерить расстояние до одной из этих спиральных туманностей, наблюдая за цефеидоподобными звездами в объекте M31, самой замечательной спиралевидной туманности под названием Андромеда.

Цефеиды - это звезды, которые периодически меняют свою яркость пропорционально периоду. У более ярких периодов больше.

К тому времени Гарольд Шепли (1885-1972) оценил размер Млечного Пути, но он был настолько большим, что он был уверен, что туманность Андромеды находится внутри Млечного Пути.

Однако Хаббл определил, что расстояние до цефеид Андромеды было намного больше, чем размер Млечного Пути, и поэтому не могло быть найдено в нем. Андромеда, как и Млечный Путь, была отдельной галактикой, хотя долгое время ее называли «внегалактической туманностью».

Общие характеристики

Галактики имеют форму и, как мы увидим позже, их можно классифицировать по этому критерию. Они также содержат массу и вообще не являются статичными объектами, поскольку обладают движением.

Есть гигантские и очень яркие галактики, такие как Млечный Путь и Андромеда, а также галактики, называемые «карликами», яркость которых в тысячу раз меньше. Чтобы ознакомиться с размерами, полезно знать некоторые единицы измерения, используемые в астрономии. Сначала у нас есть световой год.

Световой год - это единица расстояния, равная расстоянию, которое свет проходит за один год. Учитывая, что скорость света составляет 300 000 км / с, умножая на количество секунд в 365 дней, результат составляет примерно 9 с половиной миллиардов километров.

Для сравнения, расстояние от Солнца до Земли составляет 8,5 световых минут, около 150 миллионов километров, что примерно эквивалентно одной астрономической единице или астрономической единице, используемой при измерениях в Солнечной системе. Следующая ближайшая к Солнцу звезда - Проксима Центавра на расстоянии 4,2 световых года.

АС дает начало другой широко используемой единице: парсек или параллакс угловой секунды. То, что точка находится на расстоянии парсека, означает, что ее параллакс между Землей и Солнцем равен 1 угловой секунде. Следующий рисунок поясняет это:

Рисунок 2. Схема определения парсека. Источник: Wikimedia Commons. Кес47 (?).

Размер, движение и химический состав

Размеры галактик чрезвычайно разнообразны: от настолько маленьких, что в них едва ли есть тысяча звезд, до гигантских эллиптических галактик, о которых мы подробно поговорим позже.

Таким образом, наш Млечный Путь имеет диаметр около 100 000 световых лет и является большой галактикой, но не самой большой. NGC 6872 имеет диаметр 520 000 световых лет, что примерно в 5 раз больше диаметра Млечного Пути, и является самой большой спиральной галактикой, известной на сегодняшний день.

Галактики не статичны. Вообще говоря, звезды и облака газа и пыли вращаются вокруг центра, но не все части галактики вращаются с одинаковой скоростью. Звезды в центре вращаются быстрее, чем внешние, в так называемом дифференциальном вращении.

Что касается химического состава, наиболее распространенными элементами во Вселенной являются водород и гелий. Внутри звезд, как в термоядерном реакторе, самые тяжелые элементы, которые мы знаем, образуются через периодическую таблицу.

Цвет и светимость галактик со временем меняются. Более молодые галактики голубее и ярче старых.

Галактики эллиптической формы имеют тенденцию к красному цвету, с многочисленными более старыми звездами, а неправильные галактики - самые голубые. В галактиках спиральной формы синий цвет сосредоточен к центру, а красный - к окраинам.

Компоненты галактик

При наблюдении за галактикой можно идентифицировать такие структуры, как следующие, которые присутствуют в Млечном Пути, который был взят за модель, поскольку он наиболее изучен:

Дискотека и нимб

Две основные структуры нашей галактики - это диск и гало. Диск находится в средней плоскости, определяемой галактикой, и содержит большое количество межзвездного газа, дающего начало новым звездам. В нем также есть старые звезды и рассеянные скопления - плохо структурированная группа звезд.

Следует отметить, что не все галактики имеют одинаковую скорость звездообразования. Считается, что эллиптические галактики имеют гораздо меньшую скорость, чем спиральные.

Солнце расположено в галактическом диске Млечного Пути, в плоскости симметрии, и, как и все звезды в диске, оно вращается вокруг галактики, следуя приблизительно круговой траектории и перпендикулярной оси вращения галактики. Один оборот по орбите занимает около 250 миллионов лет.

Гало покрывает галактику менее плотным сфероидальным объемом, поскольку это область с гораздо меньшим количеством пыли и газа. Он содержит шаровые скопления, звезды, сгруппированные под действием силы тяжести и намного старше диска, отдельные звезды, а также так называемую темную материю.

Темная материя - это тип материи, природа которого неизвестна. Он обязан своим названием тому факту, что не излучает электромагнитного излучения, и его существование было предложено для объяснения того факта, что звезды снаружи движутся быстрее, чем ожидалось.

Скорость, с которой звезда движется относительно центра галактики, зависит от того, как распределена материя, поскольку именно благодаря гравитационному притяжению звезда остается на орбите. Более высокая скорость означает, что есть больше материи, которую нельзя увидеть: темная материя.

Колба, галактическое ядро ​​и перемычка

Помимо диска и гало, в галактике есть выпуклость, центральная выпуклость или галактическое ядро, где больше звезд, поэтому они очень светящиеся.

Его форма приблизительно сферическая - хотя Млечный Путь больше похож на арахис - и в его центре находится ядро, состоящее из черной дыры, факт, который, кажется, обычен для многих галактик, особенно в спиральные.

Объекты, которые находятся в непосредственной близости от ядра, вращаются, как мы уже сказали, намного быстрее, чем те, которые находятся дальше от ядра. Там скорость пропорциональна расстоянию до центра.

У некоторых спиральных галактик, подобных нашей, есть перемычка, структура, проходящая через центр и из которой выходят спиральные рукава. Спиральных галактик с перемычкой больше, чем без перемычек.

Считается, что стержни позволяют транспортировать материю от концов к колбе, утолщая ее, способствуя образованию звезд в ядре.

Рисунок 3. Компоненты Млечного Пути. Солнце находится в одном из рукавов и совершает вращательное движение вокруг центра галактики, а также вертикальное движение. Источник: Wikimedia Commons.

Типы галактик

Первое, что нужно оценить при наблюдении галактик в телескоп, - это их форма. Например, большая галактика Андромеда имеет спиралевидную форму, а ее спутник NGC 147 - эллиптический.

Система классификации галактик основана на их форме, и сегодня наиболее часто используется камертон Хаббла, или последовательность, созданная около 1926 года Эдвином Хабблом, а затем модифицированная им самим и другими астрономами по мере появления новой информации.

Хаббл разработал схему, полагая, что она представляет собой своего рода эволюцию галактик, но сегодня известно, что это не так. Для обозначения галактик в последовательности используются буквы: E для эллиптических галактик, S для спиральных галактик и Irr для галактик неправильной формы.

Рис. 4. Камертон Хаббла. Источник: Wikimedia Commons.

Эллиптические галактики

Слева, на шейке камертона, расположены эллиптические галактики, обозначенные буквой E. Звезды, составляющие их, распределены более или менее равномерно.

Число, которое сопровождает букву, указывает, насколько эллиптическая галактика -элиптичность-, начиная с E0, которая является наиболее сферической, до E7, которая является самой плоской. Галактик с эллиптичностью больше 7. Обозначим этот параметр как є:

Є = 1 - (β / ɑ)

С α и β в качестве очевидной большой и малой полуосей эллипса соответственно. Однако эта информация относительна, потому что у нас есть только вид с Земли. Например, невозможно узнать, является ли галактика, показанная на краю, эллиптической, линзовидной или спиральной.

Гигантские эллиптические галактики - одни из самых больших объектов во Вселенной. Их легче всего наблюдать, хотя гораздо более распространены гораздо меньшие версии, называемые карликовыми эллиптическими галактиками.

Рис. 5. Эллиптическая галактика NGC 1316 в созвездии Форнакс, сливающаяся с другой меньшей галактикой. Источник: Изображение предоставлено NASA / JPL-Caltech / CTIO.

Линзовидные и спиральные галактики

Линзовидные галактики имеют форму диска, без спиральных рукавов, но они могут быть перекрыты. Их номенклатура - S0 или SB0, и они находятся прямо на развилке рисунка. В зависимости от количества пыли (высокопоглощающих зон) на вашем диске они подразделяются на S01, SB01 - S03 и SB03.

S-галактики - это собственно спиральные галактики, а SB - спиральные галактики с перемычкой, поскольку кажется, что спирали выступают из перемычки через центральный балдж. Подавляющее большинство галактик имеют такую ​​форму.

Оба класса галактик, в свою очередь, различаются степенью легкости спиральных рукавов и отмечены строчными буквами. Они определяются путем сравнения размера самой большой выпуклости с длиной диска: L выпуклость / L диск.

Рисунок 6. Красивая спиральная галактика Андромеды в созвездии Кассиопеи. Источник: изображение Wikimedia Commons от НАСА).

Например, если это частное составляет ≈ 0,3, галактики обозначаются как Sa, если это простая спираль, или SBa, если она закрыта. На них спирали кажутся более плотными, а концентрация звезд в рукавах более тонкая.

По мере того, как последовательность продолжается вправо, спирали кажутся более рыхлыми. Отношение балдж / диск для этих галактик: L балдж / L диск ≈ 0,05.

Если у галактики промежуточные характеристики, можно добавить до двух строчных букв. Например, Млечный Путь классифицируется как SBbc.

Неправильные галактики

Это галактики, форма которых не соответствует ни одному из описанных выше паттернов.

Сам Хаббл разделил их на две группы: Irr I и Irr II, где первые лишь немного более организованы, чем вторые, потому что они чем-то напоминают форму спиральных рукавов.

Галактики Irr II, можно сказать, аморфны и не имеют узнаваемой внутренней структуры. И Irr I, и Irr II обычно меньше эллиптических галактик или величественных спиральных галактик. Некоторые авторы предпочитают называть их карликовыми галактиками. Среди наиболее известных неправильных галактик - соседние Магеллановы Облака, классифицируемые как Irr I.

Рис. 7. Неправильная галактика NGC 5408, открытая в созвездии Центавра Джоном Гершелем в 1834 году. Сначала считалось, что это планетарная туманность. Источник: Wikimedia Commons.

После публикации последовательности Хаббла французский астроном Жерар де Вокулёр (1918-1995) предложил исключить номенклатуру Irr I и Irr II и назвать Irr I, которые имеют несколько спиральных рукавов, галактиками Sd - SBd, Sm - SBm или Im («m» означает Магелланова галактика).

Наконец, галактики, форма которых действительно неправильна и без намека на спирали, называются просто Го. При этом современная классификация осталась такой:

Как образуются галактики?

Формирование галактик сегодня является предметом активной дискуссии. Космологи считают, что ранняя Вселенная была довольно темной, заполненной облаками газа и темной материи. Это связано с теорией, согласно которой первые звезды образовались в течение нескольких сотен миллионов лет после Большого взрыва.

Как только механизм звездного производства задействован, выясняется, что его скорость будет иметь взлеты и падения. А поскольку звезды составляют галактики, существуют разные механизмы, которые приводят к образованию галактик.

Гравитационное притяжение - это изначальная сила, которая приводит в движение образование космических объектов. Небольшое скопление вещества в какой-то момент притягивает больше вещества, и оно начинает накапливаться.

Считается, что Млечный Путь начался так: небольшие скопления материи, которые в конечном итоге дали начало шаровым скоплениям гало, среди которых есть самые старые звезды в галактике.

Вращение связано с накоплением массы после начального периода звездообразования. А при вращении создается момент количества движения, сохранение которого привело к коллапсу сферической массы, превращающей ее в плоский диск.

Галактики могут увеличиваться в размерах за счет слияния с другими меньшими галактиками. Считается, что сегодня так обстоит дело с Млечным путем и его более мелкими соседями, Магеллановыми облаками.

Еще одно слияние, ожидаемое в очень далеком будущем, - это столкновение с Андромедой, которая, в отличие от большинства галактик, приближается к нам. Андромеда находится в 2,2 миллиона световых лет от нас.

Сколько галактик во Вселенной?

Хотя большая часть космоса пуста, существуют миллионы галактик, по некоторым оценкам, возможно, 100 триллионов из них. Другие оценивают 2 триллиона галактик. Большая часть Вселенной остается неизученной, и на этот вопрос нет точного ответа.

Всего за 12 дней космический телескоп Хаббл обнаружил 10 000 галактик самых различных форм. Фактическое количество галактик во Вселенной неизвестно. При наблюдении в телескоп необходимо подчеркнуть, что вы идете дальше не только по расстоянию, но и по времени.

Солнечный свет, который мы видим, достиг нас за 8,5 минут. Вид на Андромеду, который мы наблюдаем в бинокль, был виден 2,2 миллиона лет назад. Вот почему то, что мы видим с Земли, находится в пределах наблюдаемой Вселенной. Пока нет возможности увидеть, что находится за ее пределами.

Один из способов оценить количество галактик в наблюдаемой Вселенной - это сделать снимки с очень глубокого поля с телескопа Хаббла или XDF, которые представляют небольшую область небесной сферы.

На одном из таких снимков было обнаружено 5500 галактик на расстоянии 13,2 миллиарда световых лет от нас. Умножив это значение на количество XDF для всей небесной сферы, они оценили упомянутые 100 миллиардов галактик.

Все указывает на то, что в прежние времена галактик было больше, чем сейчас, но они меньше, синего цвета и имеют более неправильную форму, чем элегантные спиральные галактики, которые мы видим сегодня.

Примеры галактик

Несмотря на свои огромные размеры, галактики не одиночны, а сгруппированы в иерархические структуры.

Млечный Путь принадлежит к так называемой Местной группе, все члены которой - около 54 - находятся на расстоянии не более 1 мегапарсека. Затем плотность галактик уменьшается, пока не появится еще одно скопление, подобное Местной группе.

Среди огромного разнообразия обнаруженных галактик стоит выделить несколько удивительных примеров их особенностей:

Гигантские эллиптические галактики

На сегодняшний день самые большие галактики находятся в центре скоплений галактик. Это огромные эллиптические галактики, гравитация которых притягивает другие галактики, поглощая их. В этих галактиках скорость звездообразования очень низкая, поэтому, чтобы продолжать расти, они захватывают другие галактики.

Активные галактики

Активные галактики, в отличие от более обычных и спокойных галактик, таких как Млечный Путь, излучают частоты очень высокой энергии, намного превышающие частоты, излучаемые ядрами звезд, обычными для любой галактики.

Эти высокоэнергетические частоты, мощность которых эквивалентна миллиардам солнц, исходят из ядер таких объектов, как квазары, обнаруженные в 1963 году. Удивительно, но квазар, один из самых ярких объектов во Вселенной, способен поддерживать эту скорость в течение миллионов лет.

Сейфертовские галактики - еще один пример активных галактик. К настоящему времени их обнаружено несколько сотен. Его ядро ​​испускает высокоионизированное излучение, изменяющееся во времени.

Рисунок 8. Галактика Сейферта M 106. Источник: Wikimedia Commons. Рентген: NASA / CXC / Univ. из Мэриленда / AS Wilson et al.; Оптика: Pal.Obs. DSS; ИК: НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калтех; VLA: NRAO / AUI / NSF

Считается, что в непосредственной близости от центра огромное количество газообразного вещества устремляется к центральной черной дыре. Потеря массы высвобождает лучистую энергию в рентгеновском спектре.

Радиогалактики - это эллиптические галактики, излучающие большое количество радиочастот, в десять тысяч раз больше, чем обычные галактики. В этих галактиках есть источники - радиодоли, связанные нитями материи с ядром галактики, которые испускают электроны в присутствии сильного магнитного поля.

Ссылки

1. Кэрролл Б. Введение в современную астрофизику. Второй. Издание. Пирсон. 874-1037.
2. Galaxy. Получено с: es.wikipedia.org
3. Как это устроено. 2016. Книга космоса. Восьмой. Под ред. Imagine Publishing Ltd. 134-150.
4. Галактики. Получено с: astrofisica.cl/astronomiaparatodos.
5. Остер, Л. 1984. Современная астрономия. От редакции Reverté. 315-394.
6. Пасачофф, Дж. 1992. Звезды и планеты. Peterson Field Guides. 148-154.
7. Quora. Сколько там галактик? Получено с: es.quora.com.
8. Правитель для измерения вселенной. Получено с: henrietta.iaa.es
9. Что такое галактика? Получено с: spaceplace.nasa.gov.