СПИРАЛЬНЫЕ ГАЛАКТИКИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ И ТИПЫ - ARTE - 2025

Спиральная галактика является монументальным скоплением дискообразных звезд с спиральными ветвями, напоминающей формой вертушки. Форма рукавов сильно различается, но в целом четко выделяется конденсированный центр, окруженный диском, из которого берут начало спирали.

Почти 60% известных сегодня галактик представляют собой спирали со следующими характерными структурами: центральный балдж или галактический балдж, диск, спиральные рукава и гало.

Рисунок 1. Галактика Вертушка в созвездии Большой Медведицы, расположенной в 21 миллионе световых лет от Земли. Источник: Wikimedia Commons. ЕКА / Хаббл.

Это необычайной красоты галактики, которые могут находиться в созвездиях, таких как Эридано. Все они закодированы благодаря работе астронома Эдвина Хаббла (1889–1953).

характеристики

Две трети спиральных галактик имеют центральную полосу, составляющую подтип, называемый спиральными галактиками с перемычкой, чтобы отличать их от простых спиральных галактик. У них есть только две спирали, выходящие из стержня и наматывающиеся в одном направлении. Наш Млечный Путь - это пример спиральной галактики с перемычкой, хотя мы не можем наблюдать ее с нашего местоположения.

Центральная выпуклость красноватого цвета из-за наличия более старых звезд. В самом ядре газа мало, а в центре обычно находится черная дыра.

Диск, в свою очередь, голубоватый и богат газом и пылью, с присутствием молодых и более горячих звезд, которые вращаются почти по круговой траектории вокруг ядра Галактики, но медленнее, чем у ядра.

Что касается спиралей, то они бывают самыми разнообразными, начиная от тех, которые плотно охватывают центральную выпуклость, или более открыто расположенных на ней плеч. Они выделяются благодаря большому количеству горячих, голубых, молодых звезд, которые они содержат.

Существует несколько теорий, почему они образуются, о которых мы поговорим позже.

Наконец, есть сферическое гало, окружающее весь диск, бедное газом и пылью, в котором самые старые звезды сгруппированы в шаровые звездные скопления, огромные скопления с тысячами и даже миллионами звезд, движущихся с высокой скоростью.

Типы спиральных галактик

Для классификации галактик по их морфологии (внешнему виду с Земли) используется камертон, созданный Эдвином Хабблом в 1936 г. Эта классификация была позже изменена другими астрономами, добавив подтипы и числа к исходным обозначениям.

Хаббл закодировал галактики следующим образом: E для эллиптических галактик, SO для галактик линзовидной формы и S для спиралей.

Позже были добавлены еще две категории, включающие спиральные галактики с перемычкой SB и галактики, форма которых не соответствует шаблону и является неправильной: Irr. Около 90% всех наблюдаемых галактик имеют форму эллипса или спирали. Только 10% относятся к категории Irr.

Рис. 2. Камертонная диаграмма галактик. Источник: Wikimedia Commons. Первоначально загрузил Cosmo0 из английской Википедии (Исходный текст: не указан).

Хаббл считал, что галактики начали свою жизнь как сферические структуры типа E0, а затем развили рукава и превратились в спиральные галактики, которые в конечном итоге станут неправильными.

Однако доказано, что это не так. Эллиптические галактики имеют гораздо более медленное вращательное движение, что не приводит к их сглаживанию и образованию спиралей.

На плечах камертона Хаббла расположены спиральные галактики: S для нормальных спиралей и SB для спиралей с перемычкой. Строчные буквы обозначают подтипы: «а» указывает, что катушки плотно закрыты вокруг ядра, а «с» используется, когда они более рыхлые. Соответственно увеличивается и доля газа.

Млечный Путь относится к типу SBb, где Солнце находится в одном из спиральных рукавов: рукаве Ориона, названной так потому, что в нем также находятся звезды этого созвездия, одна из самых ярких, наблюдаемых с Земли.

Теории о происхождении спиралей

Происхождение спиральных рукавов еще точно не известно, однако существует несколько теорий, которые пытаются их объяснить. Начнем с того, что вскоре астрономы заметили, что разные структуры спиральной галактики вращаются с разной скоростью. Это называется дифференциальным вращением и характерно для этих типов галактик.

Внутренняя часть диска спиральных галактик вращается намного быстрее, чем внешняя, в то время как гало не вращается. По этой причине поначалу считалось, что это была причина появления спиралей, и не только это, но и свидетельство существования темной материи.

Однако, если это так, спирали будут недолговечными (конечно, в астрономических терминах), потому что в конечном итоге они обернутся вокруг себя и исчезнут.

Волны плотности и самораспространение звезд

Более общепринятая теория, объясняющая существование спиралей, - это теория волн плотности. Эта теория, созданная шведским астрономом Бертилом Линдбладом (1895-1965), постулирует, что материя испытывает колебания в своей концентрации, которые, как и звук, могут распространяться в галактическом окружении.

Таким образом создаются области с большей концентрацией, такие как спирали, и другие области с меньшей концентрацией, которые будут промежутками между ними. Но эти области имеют ограниченную продолжительность, поэтому руки могут двигаться, хотя их форма сохраняется с течением времени.

Это объясняет, почему спирали являются очень активными областями с точки зрения образования звезд. Там газ и пыль более концентрированы, поэтому гравитация вмешивается, так что материя слипается, образуя протозвезды, которые дают начало молодым и массивным звездам.

Другая теория, которая пытается объяснить спирали, - это теория самораспространения. Известно, что массивные синие звезды в спиральных рукавах недолговечны по сравнению с более холодными и красными звездами в ядре.

Первые обычно заканчивают свою жизнь гигантскими взрывами сверхновых, но материал может быть переработан в новые звезды в том же месте, что и предыдущие: в спиральных рукавах.

Это объясняет сохранение оружия, но не его происхождение. По этой причине астрономы скорее считают, что они вызваны комбинацией факторов: одинаковым дифференциальным вращением, существованием волн плотности, самораспространением звезд и взаимодействиями с другими галактиками.

Все эти обстоятельства вместе дают начало различным типам спиральных рукавов: тонким и четко очерченным или толстым и плохо определенным.

Отличия от эллиптических галактик

Наиболее очевидное отличие состоит в том, что звезды в эллиптических галактиках распределены более равномерно, чем в спиральных. В них они кажутся сосредоточенными в красноватом диске и разбросанными по спиральным рукавам голубоватого цвета, тогда как распределение в эллиптических галактиках овальное.

Еще одна отличительная особенность - наличие или отсутствие межзвездного газа и пыли. В эллиптических галактиках большая часть вещества давно превратилась в звезды, поэтому в них мало газа и пыли.

Со своей стороны, спиральные галактики имеют области, в которых много газа и пыли, которые дают начало новым звездам.

Следующее заметное отличие - это тип звезд. Астрономы выделяют две звездные популяции: молодое население I и население II старшего возраста. Эллиптические галактики содержат звезды населения II и несколько элементов тяжелее гелия.

Напротив, спиральные галактики содержат население I и II. В диске и гербе преобладает популяция I, моложе и с высокой металличностью. Это означает, что они содержат тяжелые элементы, остатки звезд, которые уже исчезли, а в гало находятся самые старые звезды.

Вот почему звезды продолжают формироваться в спиральных галактиках, а в эллиптических галактиках - нет. И дело в том, что эллиптические галактики, вероятно, являются результатом столкновений между спиральными и неправильными галактиками, во время которых исчезает большая часть космической пыли, а вместе с ней и возможность образования новых звезд.

Эти столкновения между галактиками - частые события, на самом деле считается, что Млечный Путь находится в столкновении с небольшими галактиками-спутниками: эллиптической карликовой галактикой Стрельца SagDEG и карликовой галактикой Большого Пса.

Сравнительная таблица

Различия между эллиптическими и спиральными галактиками. Источник: Фанни Сапата.

Примеры спиральных галактик

Спиральные галактики изобилуют во Вселенной. Если смотреть с Земли, они представляют собой объекты необычайной красоты благодаря своим разнообразным формам. Например, в созвездии Эридано пять спиральных галактик разных типов, в том числе три с перемычкой. Одна из них - NGC 1300, показанная ниже.

Рис. 3. Спиральная галактика NGC 1300 с перемычкой в ​​Эридано. Кевин Гилл из Лос-Анджелеса, Калифорния, США

Млечный путь

Это галактика, в одном из спиральных рукавов которой находится Солнечная система. Он содержит от 100 до 400 миллиардов звезд с предполагаемым размером от 150 до 200 тысяч световых лет. Она входит в так называемую Местную группу галактик, наряду с Андромедой и примерно 50 другими галактиками, почти все карликовые.

Андромеда

Также известный как M31, он находится в созвездии Андромеды, близком к созвездию Кассиопеи, благодаря своей узнаваемой форме W. Его можно увидеть невооруженным глазом или в хороший бинокль в ясные безлунные ночи.

Хотя он уже фигурировал в записях древних арабских астрономов, до начала 20-го века не было известно, что это была галактика, благодаря наблюдениям Эдвина Хаббла.

Рисунок 4. Галактика Андромеды. Источник: Pixabay.

Он находится на расстоянии около 2,5 миллионов световых лет и размером с Млечный Путь, хотя считается, что он немного массивнее. Однако недавние оценки показывают, что его масса сопоставима с массой нашей галактики.

Андромеда приближается к нам с огромной скоростью, поэтому ожидается, что примерно через 4,5 миллиарда лет она столкнется с Млечным путем, в результате чего возникнет гигантская эллиптическая галактика.

Галактика Водоворот

Он фигурирует в каталоге Мессье как объект M51 и был обнаружен самим Шарлем Мессье в 1773 году. Он обнаружен в созвездии Псов Венатичи в северном небе, рядом с Волосом и Львом, откуда его можно увидеть в бинокль.

Этот величественный астрономический объект имеет типичную форму спиральной галактики и находится на расстоянии от 16 до 27 миллионов световых лет. У нее есть галактика-компаньон, ясно видимая на изображениях телескопа: галактика NGC 5195.

Рисунок 5. Галактика Водоворот и ее галактика-спутник. Источник: Wikimedia Commons. НАСА, ЕКА, С. Беквит (STScI) и группа «Наследие Хаббла» STScI / AURA

Ссылки

1. Кэрролл Б. Введение в современную астрофизику. Второй. Издание. Пирсон.
2. Герас, А. Введение Астрономия и астрофизика. Получено с: antonioheras.com.
3. Остер, Л. 1984. Современная астрономия. От редакции Reverté.
4. Wikipedia. Образование и эволюция галактик. Получено с: es.wikipedia.org.
5. Wikipedia. Спиральные галактики. Получено с: en.wikipedia.org.