Что такое галактика и сколько их? описание, фото и видео

Эволюция галактик

Образование галактик рассматривают как естественный этап эволюции Вселенной, 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 Солнце.

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 квазарами. Сейчас считается, что ядра некоторых галактик представляют собой квазары.

Автор статьи: Михаил Карневский, 15.01.2013
Обновлено: Татьяна Сидорова, 14.02.2018
Перепечатка без активной ссылки запрещена!

Вопросы от читателей из раздела «Вопрос экспертам»:

• Свет от дальних галактик моложе или старше?
• Что такое разлёт галактик?
• Почему после большого взрыва сразу появились галактики?
• Почему Черная Дыра не засасывает звезды, а заставляет их вращаться вокруг себя?

Диффузная туманность

Диффузная туманность «Лагуна»

Диффузные туманности, в отличие от звезд, не имеют собственного источника энергии. Свечение внутри них происходит благодаря горячим звёздам, которые находятся внутри или рядом с нею. Такие туманности в большей степени встречаются на «ветвях» галактик, там где происходит активное звёздообразование и являются веществом, которое не вошло в состав звезды.

Диффузные туманности преимущественно красного цвета — это связано с обилием водорода внутри них. Зелёный и синий цвета говорят нам о других химических элементах, таких как гелий, азот, тяжелые металлы.

К таким туманностям относится и самая популярная и доступная для наблюдения в приборы с небольшим увеличением — туманность Ориона в созвездии Ориона, о которой я упоминал в статье «наблюдение в бинокль».

Диффузные туманности ещё часто называют эмиссионными.

Спиральные галактики (S)

Галактика типа S (M 33)

Самый популярный вид галактик. Больше половины из всех существующих галактик — спиральные. Наша галактика Млечный Путь также является спиральной.

Из-за своих «ветвей» они являются самыми красивыми и интересными для наблюдения. Большая часть звёзд расположена в непосредственной близости от центра. Дальше, вследствие вращения, звёзды рассеиваются, образуя спиральные ответвления.

Спиральные галактики разделяются на 4 (иногда 5) подтипа (S0, Sa, Sb и Sc). В S0 спиральные ветви вовсе не выражены, имеют светлое ядро. Они очень похоже на эллиптические галактики. Их ещё часто выносят в отдельный тип — линзовидный. Таких галактик не больше 10% от общего числа. Дальше идут Sa (часто просто пишут S), Sb, Sc (иногда ещё добавляют Sd) в зависимости от степени закрученности ветвей. Чем старше дополнительная буква, тем меньше степень закрученности и «ветви» галактики окружают ядро всё реже.

«Ветви» или «рукава» спиральных галактик имеют много молодых . Здесь идут процессы активного звёздообразования.

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.

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.

Галактика эллиптической формы. Credit: referatwork.ru.

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.

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.

Спиральная галактика NGC 3521. Credit: kentbiggs.com.

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.

Карликовые неправильные БМО и ММО. Credit: cyberway.golos.io.

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

У неправильных галактик нет ядра. Credit: w-dog.ru.

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.

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.

Центавр А — галактика с полярными кольцами. Credit: pbs.twimg.com.

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.

Искаженная структура у пекулярных галактик. Credit: naked-science.ru.

Боевой путь

Модель

Спутники

К галактикам неправильной формы относятся две системы, наиболее близко расположенные к Млечному пути. Это его спутники: Огромное и Малое Магелланово Облако. Они хорошо видны на ночном небе южного полушария. Большая из галактик расположена на расстоянии 200 тысяч световых лет от нас, а меньшую отделяет от Млечного пути — 170 000 св. лет.

Астрологи пристально изучают просторы этих систем. И Магеллановы Облака сполна отплачивают за это: в галактиках-спутниках нередко обнаруживаются очень достойные внимания объекты. Например, 23 февраля 1987 года в Большенном Магеллановом Облаке вспыхнула сверхновая. Особый энтузиазм вызывает и эмиссионная туманность Тарантул.

Она расположена также в Большенном Магеллановом Облаке. Тут ученые обнаружили область постоянного звездообразования. Некоторым светилам, составляющим туманность, всего два миллиона лет. Кроме того, тут же расположена самая впечатляющая из обнаруженных на 2011 год звезд — RMC 136a1. Ее масса составляет 256 солнечных.

Инструкция по оформлению

От мала до велика

Размеры галактик поражают многообразием. Самая крупная из обнаруженных на данный момент — линзообразная IC 1101 из скопления Abell 2029 с диаметром примерно 6 миллионов световых лет (то есть свет от центра к окраинам будет идти 3 миллиона лет). Вторая по величине галактика Геркулес-А меньше в четыре раза, при этом её масса всё равно в тысячу раз больше массы нашей галактики. Третья по величине галактика NGC 262 чуть меньше Геркулеса-А — её диаметр составляет 1,3 миллиона световых лет.

Шесть миллионов световых лет в одном снимке (фото: David A. Aguilar (CfA))

Самую маленькую из известных человечеству галактик — Segue 2 — учёные обнаружили неподалёку от Млечного Пути. Эта галактика очень старая: её звёздам, которых насчитывается всего тысяча, уже миллиарды лет. Вероятнее всего, существуют галактики ещё меньше, но их пока довольно трудно обнаружить. Обычно у крупных галактик есть большое количество вращающихся вокруг них карликовых спутников.

Segue 2 — «космический гномик», вернее, дворф (Garrison-Kimmel, Bullock / UCI)

Галактики любых размеров и форм также могут быть радиогалактиками. Все галактики «светятся» в радиодиапазоне, но к радиогалактикам относят лишь те из них, которые излучают в нём особенно интенсивно. Самые мощные из известных — Лебедь А (3C 405), Центавр А (NGC 5128), Дева А (NGC 4486) и Печь А (NGC 1316). Наблюдение за неправильной галактикой М82 привело учёных к выводу, что причиной интенсивного радиоизлучения может стать сильный взрыв в ядре.

«Лебедь А», мощный источник радиоволн (J. McKean and M. Wise / ASTRON)

Ожидаемое будущее и прогнозы

Вследствие постоянного движения нашей галактики и соседних с нею тел неминуемы их столкновения, но точные их даты и последствия предсказать невозможно: скорость внегалактических объектов пока неизвестна.

Через 4 млрд лет Млечный Путь может поглотить Малое и Большое Магеллановы Облака, свои галактики-спутники, а через 5 млрд лет его присоединит к себе Туманность Андромеды. Существует и другой вариант развития событий — два галактических гиганта через 4,5 млрд лет немного столкнутся друг с другом по касательной.

Стрелец А будет постоянно увеличиваться в размерах, став больше сегодняшнего состояния в 10 раз через 2 млрд лет. В результате этого он вытолкнет Солнечную систему в межгалактическое пространство.

Галактические вычисления

Эдвин Хаббл является основоположником галактических исследований. Он первый, кому удалось определить, как можно вычислить точное расстояние до галактики. В своих исследованиях он опирался на метод пульсирующих звезд, которые более известны как цефеиды. Ученый смог заметить связь между периодом, который нужен для завершения одной пульсации яркости, и той энергией, которую выделяет звезда. Результаты его исследований стали серьезным прорывом в области галактических исследований. Помимо этого, он обнаружил, что есть корреляция между красным спектром, излучаемым галактикой, и расстоянием до нее (постоянная Хаббла).

В наше время астрономы могут измерять расстояние и скорости галактики посредством измерения количества красного смещения в спектре. Известно, что все галактики Вселенной движутся друг от друга. Чем дальше галактика находится от Земли, тем больше ее скорость движения. 

Чтобы визуализировать данную теорию, достаточно представить себя за рулем авто, который двигается на скорости 50 км в час. Перед Вами едет авто быстрее на 50 км в час, что говорит о том, что скорость его передвижения составляет 100 км в час. Перед ним есть еще одно авто, которое движется быстрее еще на 50 км в час. Несмотря на то что скорость всех 3 машин будет разной на 50 км в час, первый автомобиль на самом деле движется от Вас на 100 км в час быстрее. Поскольку красный спектр говорит о скорости движения галактики от нас, получается следующее: чем больше красное смещение, тем, соответственно, галактика быстрее движется и тем большее ее расстояние от нас. 

Сейчас мы располагаем новыми инструментами, помогающими ученым в поисках новых галактик. Благодаря космическому телескопу Хаббла ученым удалось увидеть то, о чем раньше оставалось только мечтать. Высокая мощность этого телескопа обеспечивает хорошую видимость даже мелких деталей в ближних галактиках и позволяет изучать более дальние, которые никому еще не были известны. В настоящее время новые инструменты наблюдения космоса находятся в стадии разработки, а в скором будущем они помогут получить более глубокое понимание структуры Вселенной. 

Эллиптические галактики (E)

Галактика типа E (M 49)

Эллиптические галактики
имеют форму овала. У них отсутствует центральное яркое ядро.

Цифра, которая добавляется после английской буквы E делит данный тип на 7 подтипов: E0 — E6

(некоторые источники сообщают, что может быть 8 подтипов, некоторые 9, не важно). Она определяется по простой формуле: E = (a — b) / a, где a — большая ось, b — меньшая ось эллипсоида

Таким образом не сложно понять, что E0 — эти идеально круглая, E6 — овальная или сплюснутая.

Эллиптические галактики
составляют меньше 15% от общего числа всех галактик. В них отсутствует звёздообразование, состоят преимущественно из , желтых и карликов.

При наблюдении в телескоп большого интереса не представляют, т.к. рассмотреть подробно детали не получится.

Фото ЗИЛ-111

Взаимодействие

Основные виды галактик описывают особенности формы и расположения элементов этих космических систем. Однако не менее увлекателен вопрос об их содействии. Не секрет, что все объекты космоса находятся в постоянном движении. Не исключение и галактики. Виды галактик, по крайней мере, некоторые из их представителей могли образоваться в процессе слияния либо столкновения 2-ух систем.

Если вспомнить, что представляют собой такие объекты, становится понятным, насколько масштабные конфигурации происходят во время их взаимодействия. При столкновении высвобождается колоссальное количество энергии. Любопытно, что подобные события даже более возможны на просторах космоса, чем встреча 2-ух звезд.

Однако не всегда «общение» галактик завершается столкновением и взрывом. Небольшая система может пройти сквозь своего крупного собрата, потревожив при этом его структуру. Так образуются формирования, схожие по внешнему облику с вытянутыми коридорами. Они состоят из звезд и газа и часто становятся зонами образования новых светил. Примеры таких систем хорошо известны ученым. Один из них — галактика Колесо телеги в созвездии Скульптор.

В некоторых случаях системы не соударяются, а проходят мимо друг дружку либо лишь слегка соприкасаются. Однако независимо от степени взаимодействия оно приводит к серьезным изменениям структуры обеих галактик.

В искусстве[править | править код]

Перемычка

Виды галактик во Вселенной

Хаббл изучал туманности и обосновал, что многие из них являются формированиями, схожими с Млечным путем. На основе собранного материала он описал, какой вид имеет галактика и какие типы подобных космических объектов существуют. Хаббл измерил расстояния до некоторых из них и предложил свою систематизацию. Ей ученые пользуются и сегодня.

Все множество систем во Вселенной он разделил на 3 вида: галактики эллиптические, спиралевидные и неправильные. Каждый тип интенсивно изучается астрологами всего мира.

Кусочек Вселенной, где расположена Земля, Млечный путь, относится к типу «спиралевидные галактики». Виды галактик выделяются на основе различий их форм, влияющих на определенные свойства объектов.

Типы и виды неправильных галактик

Хотя неправильные галактики мало походят между собой, принята следующая классификация для их описания:

• Irr I (неправильные галактики I-го типа) – галактики “не совсем неправильные”, то есть имеющие слабовыраженную структуру, однако настолько слабовыраженную, что отнести их к последовательности Хаббла нельзя. При этом неправильные галактики I-го типа обязательно относят к одному из двух подтипов:Sm – имеющие спиральную структуру (также называемые Магеллановы спиральные галактики);Im – не имеющие спиральной структуры.
• Irr II (неправильные галактики II-го типа) – галактики, не имеющие особенностей структуры, позволяющих отнести их к последовательности Хаббла;
• dIrr (карликовые неправильные галактики) – очень небольшие галактики, имеющие малое содержание тяжёлых элементов и большое количество газа. Они считаются достаточно важными для развития теории эволюции галактик, так как они могут представлять собой тусклые голубые галактики, ранее обнаруженные на изображении Hubble Ultra Deep Field, и представляющие одну из задач внегалактической астрономии.

Млечный Путь и Магеллановы Облака

К числу дискуссионных относится вопрос о связи Млечного Пути с Магеллановыми Облаками — настолько близкими к нам двумя галактиками, что их можно невооруженным глазом наблюдать из Южного полушария. Долгое время считалось, что они являются спутниками нашей галактики. В 2006 году при использовании новейших технологий было установлено, что они движутся гораздо быстрее других спутников Млечного Пути. Исходя из этого и было выдвинуто предположение, что гравитационной связи с нашей галактикой они не имеют.

Смотреть галерею

Зато бесспорной является дальнейшая судьба Магеллановых Облаков. Их движение направлено в сторону Млечного Пути, поэтому их поглощение более крупной галактикой неизбежно. По оценкам ученых, это случится спустя 4 миллиарда лет.

Большой портрет галактик

Не так давно астрономы начали работать над совместным проектом для выявления расположения галактик во всей Вселенной. Их задача – получить более детальную картину общей структуры и формы Вселенной в больших масштабах. К сожалению, масштабы Вселенной сложно оценить для понимания многими людьми. Взять хотя бы нашу галактику, состоящую более чем из ста миллиардов звезд. Во Вселенной существуют еще миллиарды галактик. Обнаружены дальние галактики, но мы видим их свет таким, который был практически 9 млрд лет назад (нас разделяет такое большое расстояние).

Астрономам стало известно, что большинство галактик относятся к определенной группе (ее стали называть «кластер»). Млечный путь – часть кластера, который, в свою очередь, состоит из сорока известных галактик. Как правило, большинство таких кластеров представлены частью еще большей группировки, которую называют сверхскоплениями.

Наш кластер – часть сверхскопления, которое принято называть скоплением Девы. Такой массивный кластер состоит больше чем из 2 тыс. галактик. В то время, когда астрономы создали карту расположения данных галактик, сверхскопления начали принимать конкретную форму. Большие сверхскопления собрались вокруг того, что представляется как бы гигантскими пузырями или пустотами. Что это за структура, никто еще не знает. Мы не понимаем, что может находиться внутри этих пустот. По предположению, они могут быть заполнены определенным типом неизвестной ученым темной материи или же иметь внутри пустое пространство. Перед тем как мы узнаем природу таких пустот, пройдет много времени.

Перемещение относительно видимых звезд

Интересные факты

Галактика Млечный путь имеет богатую историю и интересные описательные особенности.

• Формирование её началось в виде скопления областей повышенной плотности, образовавшихся вследствие Большого Взрыва. Первые звёзды находились в шаровых скоплениях, продолжающих существовать до настоящего времени. Это древнейшие светила.
• Получение галактической системой её нынешних параметров связано с поглощением и слиянием с другими объектами. В настоящее время она пребывает на стадии отбора звёзд у карликового Стрельца и Магеллановых облаков.
• Ускорение движения группы объектов в пространстве составляет 550 километров в секунду относительно реликтового излучения.
• В центральной части присутствует огромная чёрная дыра, получившая название Стрелец A*. Её масса превышает солнечный параметр в 4,3 млн раз.
• Вращение газа, пыли и звёзд осуществляется вокруг центра на скоростном режиме, равном 220 километров в секунду. Это стабильное значение, которое может свидетельствовать о присутствии оболочки из тёмной материи.
• Спустя 5 млрд лет имеется вероятность столкновения с Андромедой – ещё одной галактикой. Некоторые учёные и обыватели убеждены в том, что система является двойной и относится к внушительной по размерам спирали.