Галактика

редактировать
Гравитационно связанная астрономическая структура

NGC 4414, типичная спиральная галактика в Созвездие Кома Беренис имеет диаметр около 55000 световых лет и примерно 60 миллионов световых лет от Земли.

A галактика является гравитационной связанная система из звезд, звездных остатков, межзвездного газа, пыли и темной материи. Слово «галактика» происходит от греческого galaxias (γαλαξίας), буквально «млечный», отсылка к Млечному Пути. Размер галактик варьируется от карликов всего с несколькими сотнями миллионов (10) звезд до гигантов с сотней триллионом (10) звезд, каждая из которых вращается вокруг своей галактики центр масс.

Галактики классифицируются в соответствии с их визуальной морфологией как эллиптические, спиральные или неправильные. Считается, что в центре многих галактик находятся сверхмассивные черные дыры. Центральная черная дыра Млечного Пути, известная как Стрелец A *, имеет массу в четыре миллиона раз больше, чем Солнце. По состоянию на март 2016 года GN-z11 - самая старая и самая далекая наблюдаемая галактика с сопутствующим расстоянием в 32 миллиарда световых лет от Земли, и наблюдаемая как он просуществовал всего 400 миллионов лет после того, как Большой взрыв.

Исследования, проведенные в 2016 году, пересмотрели количество галактик в наблюдаемой вселенной с предыдущей оценки в 200 миллиардов (2 × 10) до предполагаемой два триллиона (2 × 10) или более и, в целом, примерно 1 × 10 звезд (больше звезд, чем все песчинки на планете Земля ). Большинство галактик имеют диаметр от 1000 до 100000 парсеков (примерно от 3000 до 300000 световых лет ) и разделены расстояниями порядка миллионов парсеков (или мегапарсеков). Для сравнения: Млечный Путь имеет диаметр не менее 30 000 парсеков (100 000 световых лет) и отделен от Галактики Андромеды, своего ближайшего крупного соседа, на 780 000 парсеков (2,5 миллиона световых лет)

пространство между галактиками заполнено разреженным газом (межгалактическая среда ), имеющим среднюю плотность менее одного атома на кубический метр. Большинство галактик гравитационно организовано в группы, скопления и сверхскопления. Млечный Путь является частью Местной группы, в которой доминирует он и Галактика Андромеды, и является частью сверхскопления Девы. В самом крупном масштабе эти ассоциации обычно организованы в листы и нити, окруженные огромными пустотами. И Местная Группа, и Сверхскопление Девы содержатся в гораздо большей космической структуре под названием Ланиакея.

Содержание

  • 1 Этимология
  • 2 Номенклатура
  • 3 История наблюдений
    • 3.1 Млечный Путь
    • 3.2 Отличие от других туманностей
    • 3.3 Современные исследования
  • 4 Типы и морфология
    • 4.1 Эллиптические галактики
      • 4.1.1 Оболочечная галактика
    • 4.2 Спирали
      • 4.2.1 Спиральная галактика с перемычкой
      • 4.2. 2 Сверхсветящая спираль
    • 4.3 Другая морфология
    • 4.4 Карлики
  • 5 Другие типы галактик
    • 5.1 Взаимодействующие
    • 5.2 Звездообразование
    • 5.3 Активная галактика
      • 5.3.1 Блазары
      • 5.3.2 ЛАЙНЕРЫ
      • 5.3.3 Сейфертовская галактика
      • 5.3.4 Квазар
    • 5.4 Светящаяся инфракрасная галактика
  • 6 Свойства
    • 6.1 Магнитные поля
  • 7 Формирование и эволюция
    • 7.1 Формирование
      • 7.1.1 Ранние галактики
      • 7.1.2 Формирование ранних галактик
    • 7.2 Эволюция
    • 7.3 Будущие тенденции
  • 8 Крупномасштабные структуры
  • 9 Многоволновое наблюдение
  • 10 См. Также
  • 11 Примечания
  • 12 Ссылки
    • 12.1 Источники
  • 13 Библиография
  • 14 Внешние ссылки

Этимология

Слово галактика было заимствовано через французский и средневековый латынь из греческого термина для Млечного Пути., galaxías (kúklos) γαλαξίας (κύκλος ) «молочный (круг)», названный в честь его появления в виде молочной полосы света в небе. В греческой мифологии, Зевс помещает своего сына, рожденного смертной женщиной, младенца Геракла на грудь Геры, пока она спит, чтобы ребенок выпил свое божественное молоко и стал бессмертным. Гера просыпается во время кормления грудью, а затем понимает, что кормит неизвестного ребенка: она отталкивает ребенка, часть ее молока разливается, и это создает полосу света, известную как Млечный Путь.

В астрономической литературе слово «Галактика» с большой буквы часто используется для обозначения нашей галактики Млечный Путь, чтобы отличить ее от других галактик в нашей вселенной. Английский термин «Млечный путь» восходит к рассказу Чосера c.1380:

«Смотрите там, вот, Галактика. Который человек проникает в Млечный Вей,. Ибо попадание - вот почему ».

— Джеффри Чосер, Дом славы

Галактики были первоначально обнаружены телескопически и были известны как спиральные туманности. Большинство астрономов 18-19 веков считали их либо неразрешенными звездными скоплениями, либо анагалактическими туманностями, и их считали частью Млечного Пути, но их истинный состав и природа оставались загадкой.. Наблюдения с использованием больших телескопов нескольких близлежащих ярких галактик, таких как Галактика Андромеды, начали разделять их на огромные скопления звезд, но основанные просто на видимой слабости и чистом населении звезд, истинных расстояниях до этих объектов. поместил их далеко за пределы Млечного Пути. По этой причине их обычно называли островными вселенными, но этот термин быстро вышел из употребления, поскольку слово «вселенная» подразумевало целостность существования. Вместо этого они стали известны просто как галактики.

Номенклатура

Скопление галактик. SDSS означает Sloan Digital Sky Survey, J для юлианской эпохи и 1152 + 3313 для склонения и прямого восхождения соответственно.

Были каталогизированы десятки тысяч галактик, но лишь некоторые из них имеют хорошо известные названия, такие как Галактика Андромеды, Магеллановы Облака, Галактика Водоворот и Галактика Сомбреро. Астрономы работают с числами из определенных каталогов, таких как каталог Мессье, NGC (Новый общий каталог ), IC (Каталог указателей ), CGCG ( Каталог галактик и скоплений галактик ), MCG (Морфологический каталог галактик ) и UGC (Общий каталог галактик Упсалы). Все известные галактики появляются в одном или нескольких из этих каталогов, но каждый раз под разными номерами. Например, Мессье 109 - это спиральная галактика, имеющая номер 109 в каталоге Мессье, а также обозначения NGC 3992, UGC 6937, CGCG 269-023, MCG + 09-20-044 и PGC 37617.

История наблюдений

Осознание того, что мы живем в галактике, которая является одной из многих галактик, соответствует крупным открытиям, сделанным в отношении Млечного Пути и других туманностей.

Млечный Путь

Греческий философ Демокрит (450–370 гг. До н.э.) предположил, что яркая полоса на ночном небе, известная как Млечный Путь, может состоять из далеких звезд.. Аристотель (384–322 гг. До н.э.), однако, считал, что Млечный Путь был вызван «воспламенением огненного выдоха некоторых звезд, которые были большими, многочисленными и близко расположенными друг к другу», и что «зажигание требует место в верхней части атмосферы, в области Мира, которая непрерывна с небесными движениями. " Неоплатоник философ Олимпиодор Младший (c.495–570 гг. Н. Э.) Критиковал эту точку зрения, утверждая, что если Млечный Путь подлунный (расположен между Землей и Луной,) он должен выглядеть по-разному в разное время и в разных местах на Земле, и что он должен иметь параллакс, чего у него нет. По его мнению, Млечный Путь является небесным.

Согласно Мохани Мохамеду, арабский астроном Альхазен (965–1037) сделал первую попытку наблюдения и измерения параллакс Млечного Пути, и таким образом он «определил, что, поскольку Млечный Путь не имеет параллакса, он должен быть удален от Земли, а не принадлежать атмосфере». персидский астроном аль-Бируни (973–1048) предложил галактику Млечный Путь как «собрание бесчисленных фрагментов природы туманных звезд». Андалузский астроном Ибн Баджах («Avempace», d. 1138) предположил, что Млечный Путь состоит из множества звезд, которые почти касаются друг друга и выглядят быть непрерывным изображением из-за эффекта рефракции от подлунного материала, цитируя его наблюдение соединения Юпитера и Марса как свидетельство того, что это происходит, когда два объекта находятся рядом. В XIV веке сирийский уроженец Ибн Кайим предположил, что галактика Млечный Путь представляет собой «мириады крошечных звезд, упакованных вместе в сфере неподвижных звезд».

Форма Млечного Пути по подсчетам звезд Уильямом Гершелем в 1785 г.; предполагалось, что Солнечная система находится около центра.

Фактическое доказательство того, что Млечный Путь состоит из множества звезд, было получено в 1610 году, когда итальянский астроном Галилео Галилей использовал телескоп для изучения Млечный Путь и обнаружил, что он состоит из огромного количества тусклых звезд. В 1750 году английский астроном Томас Райт в своей книге «Оригинальная теория или новая гипотеза Вселенной» предположил (правильно), что галактика могла бы быть вращающимся телом из огромного количества звезд, удерживаемых вместе гравитационные силы, подобные Солнечной системе, но в гораздо большем масштабе. Получившийся звездный диск можно увидеть как полосу на небе с нашей точки зрения внутри диска. В трактате 1755 года Иммануил Кант развил идею Райта о структуре Млечного Пути.

Первым проектом по описанию формы Млечного Пути и положения Солнца был предпринята Уильямом Гершелем в 1785 году путем подсчета количества звезд в различных областях неба. Он составил диаграмму формы галактики с Солнечной системой, близкой к центру. Используя изощренный подход, Каптейн в 1920 году получил изображение небольшой (диаметром около 15 килопарсек) эллипсоидной галактики с Солнцем близко к центру. Другой метод Харлоу Шепли, основанный на каталогизации шаровых скоплений, привел к совершенно иной картине: плоский диск диаметром примерно 70 килопарсек и Солнце далеко от центра. Оба анализа не учитывали поглощение света межзвездной пылью, присутствующей в галактической плоскости, но после Роберт Джулиус Трамплер количественно оценил Этот эффект возник в 1930 году при изучении рассеянных скоплений, и возникло нынешнее изображение нашей родительской галактики, Млечного Пути.

Мозаика «Рыбий глаз» Млечного Пути, изгибающегося под большим наклоном через ночное небо, снято из темного места в Чили. Магеллановы Облака, галактики-спутники Млечного Пути, появляются около левого края.

Отличие от других туманностей

Несколько галактик за пределами Млечного Пути видны темной ночью. невооруженным глазом, включая Галактику Андромеды, Большое Магелланово Облако, Малое Магелланово Облако и Галактику Треугольника. В X веке персидский астроном ас-Суфи сделал самое раннее зарегистрированное отождествление Галактики Андромеды, описав ее как «маленькое облако». В 964 году ас-Суфи, вероятно, упомянул Большое Магелланово Облако в своей Книге неподвижных звезд (имея в виду «Аль Бакр южных арабов», поскольку при склонении около 70 ° юг не было видно где он жил); он не был хорошо известен европейцам до путешествия Магеллана в 16 веке. Галактика Андромеды была позже независимо отмечена Саймоном Мариусом в 1612 году. В 1734 году философ Эмануэль Сведенборг в своих Началах предположил, что могут существовать галактики за пределами нашей, которые сформированы в галактические скопления, которые являются крохотными частями Вселенной, которые простираются далеко за пределы того, что мы можем видеть. Эти взгляды «удивительно близки к современным взглядам на космос». В 1745 году Пьер Луи Мопертюи предположил, что некоторые туманности -подобные объекты представляют собой совокупность звезд с уникальными свойствами, включая свечение, превышающее свет, который их звезды излучают на своих собственные, и повторили точку зрения Иоганна Гевелия о том, что яркие пятна массивны и сплющены из-за их вращения. В 1750 году Томас Райт предположил (правильно), что Млечный Путь - это сплющенный звездный диск, и что некоторые из туманностей, видимых в ночном небе, могут быть отдельными Млечными путями.

Фотография " Большая туманность Андромеды »Исаака Робертса, 1899, позже идентифицированная как Галактика Андромеды

К концу 18 века Шарль Мессье составил каталог , содержащий 109 ярчайших небесных объектов, имеющих туманный вид. Впоследствии Уильям Гершель составил каталог из 5000 туманностей. В 1845 году лорд Росс сконструировал новый телескоп и смог различать эллиптические и спиральные туманности. Ему также удалось различить отдельные точечные источники в некоторых из этих туманностей, что подтвердило более раннюю гипотезу Канта.

В 1912 году Весто Слайфер провел спектрографические исследования ярчайших спиральных туманностей, чтобы определить их сочинение. Слайфер обнаружил, что спиральные туманности имеют высокие доплеровские сдвиги, что указывает на то, что они движутся со скоростью, превышающей скорость звезд, которые он измерил. Он обнаружил, что большинство этих туманностей удаляются от нас.

В 1917 году Хебер Кертис наблюдал новую S Андромеды в «Великой Андромеде Туманность "(тогда была известна как Галактика Андромеды, объект Мессье M31 ). Просматривая фоторепортаж, он обнаружил еще 11 новых. Кертис заметил, что эти новые в среднем на 10 звездной величины слабее, чем те, что наблюдались в нашей галактике. В результате он смог получить оценку расстояния в 150 000 парсек. Он стал сторонником так называемой гипотезы "островных вселенных", согласно которой спиральные туманности на самом деле являются независимыми галактиками.

В 1920 году между Харлоу Шепли и произошла дискуссия. Хибер Кертис (Великие дебаты ), касающиеся природы Млечного Пути, спиральных туманностей и размеров Вселенной. В подтверждение своего утверждения о том, что Большая туманность Андромеды является внешней галактикой, Кертис отметил появление темных полос, напоминающих пылевые облака в Млечном Пути, а также значительный доплеровский сдвиг.

В 1922 году Эстонский астроном Эрнст Эпик дал определение расстояния, которое подтвердило теорию о том, что туманность Андромеды действительно является далеким внегалактическим объектом. Используя новый 100-дюймовый Mt. Телескоп Уилсона, Эдвин Хаббл смог разрешить внешние части некоторых спиральных туманностей как совокупности отдельных звезд и идентифицировал некоторые переменные цефеиды, что позволило ему оценить расстояние до туманности: они были слишком далеки, чтобы быть частью Млечного Пути. В 1936 году Хаббл разработал классификацию галактической морфологии, которая используется по сей день.

Современные исследования

Кривая вращения типичной спиральной галактики: предсказана на основе видимого вещества (A) и наблюдали (B). Расстояние от ядра галактики.

В 1944 году Хендрик ван де Хюльст предсказал, что микроволновое излучение с длиной волны 21 см будет обнаружено. из межзвездного атомарного водорода газа; и в 1951 г. это наблюдалось. На это излучение не влияет поглощение пыли, и поэтому его доплеровский сдвиг можно использовать для отображения движения газа в нашей галактике. Эти наблюдения привели к гипотезе о вращающейся стержневой структуре в центре нашей галактики. С помощью улучшенных радиотелескопов газообразный водород можно было проследить и в других галактиках. В 1970-х годах Вера Рубин обнаружила несоответствие между наблюдаемой галактической скоростью вращения и предсказанной по видимой массе звезд и газа. Сегодня считается, что проблема вращения галактик объясняется наличием большого количества невидимой темной материи.

. Ученые использовали галактики, видимые в обзоре GOODS, чтобы пересчитать общее количество галактик.

Начиная с 1990-х годов, космический телескоп Хаббл дал улучшенные наблюдения. Среди прочего, данные Хаббла помогли установить, что отсутствующая темная материя в нашей галактике не может состоять исключительно из слабых и маленьких звезд. Глубокое поле Хаббла, чрезвычайно длинная экспозиция относительно пустой части неба, предоставила свидетельство того, что в наблюдаемой Вселенной около 125 миллиардов (1,25 × 10) галактик. Усовершенствованная технология обнаружения спектров, невидимых для человека (радиотелескопы, инфракрасные камеры и рентгеновские телескопы ), позволяет обнаруживать другие галактики, которые не обнаруживаются Хабблом. В частности, исследования галактик в Зоне избегания (область неба, заблокированная для длин волн видимого света Млечным путем) выявили ряд новых галактик.

В 2016 г. Исследование, опубликованное в The Astrophysical Journal и проведенное Кристофером Конселисом из Университета Ноттингема, с использованием 3D-моделирования изображений, собранных за 20 лет с помощью космического телескопа Хаббл, пришло к выводу, что в наблюдаемой Вселенной более двух триллионов (2 × 10) галактик.

Типы и морфология

Типы галактик согласно схеме классификации Хаббла: E указывает тип эллиптической галактики; S - спираль; SB - спиральная галактика с перемычкой.

Галактики бывают трех основных типов: эллиптические, спиральные и неправильные. Чуть более подробное описание типов галактик, основанное на их внешнем виде, дает последовательность Хаббла. Поскольку последовательность Хаббла полностью основана на визуальном морфологическом типе (форме), она может упустить некоторые важные характеристики галактик, такие как скорость звездообразования в галактиках со вспышками звездообразования и активность в ядрах активные галактики.

Эллиптические

Система классификации Хаббла классифицирует эллиптические галактики на основе их эллиптичности: от E0 (почти сферическая) до E7, которая сильно удлинена. Эти галактики имеют профиль эллипсоидального, что придает им эллиптический вид независимо от угла обзора. Их внешний вид показывает небольшую структуру, и обычно в них относительно мало межзвездного вещества. Следовательно, эти галактики также имеют низкую долю рассеянных скоплений и пониженную скорость образования новых звезд. Вместо этого в них преобладают, как правило, более старые, более развитые звезды, которые вращаются вокруг общего центра тяжести в случайных направлениях. Звезды содержат небольшое количество тяжелых элементов, поскольку звездообразование прекращается после начальной вспышки. В этом смысле они имеют некоторое сходство с гораздо меньшими шаровыми скоплениями .

. Самые большие галактики являются гигантскими эллиптическими. Считается, что многие эллиптические галактики образуются из-за взаимодействия галактик, что приводит к столкновению и слиянию. Они могут вырасти до огромных размеров (например, по сравнению со спиральными галактиками), а гигантские эллиптические галактики часто находятся вблизи ядра больших скоплений галактик.

Оболочечная галактика

NGC 3923 Эллиптическая галактика с оболочкой (Фотография Хаббла)

Галактика-оболочка - это тип эллиптической галактики, в которой звезды в гало галактики расположены в концентрических оболочках. Около одной десятой эллиптических галактик имеют структуру, подобную оболочке, которая никогда не наблюдалась в спиральных галактиках. Считается, что подобные оболочке структуры образуются, когда более крупная галактика поглощает меньшую галактику-компаньон. Когда два центра галактики приближаются, центры начинают колебаться вокруг центральной точки, колебания создают гравитационную рябь, формирующую оболочки звезд, похожие на рябь, распространяющуюся по воде. Например, галактика NGC 3923 имеет более двадцати оболочек.

Спирали

Галактика Вертушка, NGC 5457

Спиральные галактики напоминают спиральные вертушки.. Хотя звезды и другой видимый материал, содержащийся в такой галактике, лежат в основном на плоскости, большая часть массы в спиральных галактиках существует в примерно сферическом гало из темной материи, которое простирается за пределы видимого компонента, как показано концепция универсальной кривой вращения.

Спиральные галактики состоят из вращающегося диска звезд и межзвездной среды, а также центральной выпуклости из более старых звезд. От выступа отходят относительно яркие рукава. В схеме классификации Хаббла спиральные галактики указаны как тип S, за которым следует буква (a, b или c), которая указывает степень плотности спиральных рукавов и размер центрального балджа. Галактика Sa имеет плотно закрученные, плохо очерченные рукава и относительно большую область ядра. С другой стороны, галактика Sc имеет открытые, четко очерченные рукава и небольшую область ядра. Галактику с плохо выраженными рукавами иногда называют хлопьевидной спиральной галактикой ; в отличие от спиральной галактики грандиозного дизайна, у которой есть заметные и четко очерченные спиральные рукава. Считается, что скорость вращения галактики коррелирует с плоскостностью диска, поскольку некоторые спиральные галактики имеют толстые выпуклости, а другие - тонкие и плотные.

NGC 1300, пример спирали с перемычкой галактика

В спиральных галактиках спиральные рукава действительно имеют форму приблизительной логарифмической спирали, паттерн, который, как можно теоретически показать, является результатом возмущения равномерно вращающейся массы звезд. Подобно звездам, спиральные рукава вращаются вокруг центра, но они делают это с постоянной угловой скоростью. Спиральные рукава считаются областями материи с высокой плотностью или «волнами плотности ». Когда звезды движутся через плечо, пространственная скорость каждой звездной системы изменяется под действием гравитационной силы более высокой плотности. (Скорость возвращается к норме после того, как звезды уходят с другой стороны руки.) Этот эффект похож на «волну» замедления, движущуюся по шоссе, заполненному движущимися автомобилями. Рукава видны, потому что высокая плотность способствует звездообразованию, и, следовательно, они содержат много ярких и молодых звезд.

Объект Хога, пример кольцевой галактики

Спиральная галактика с перемычкой

Большинство спиральных галактик, включая нашу собственную галактику Млечный Путь, имеют линейную полосу звезд в форме стержня, которая простирается по обе стороны от ядра, а затем сливается со структурой спирального рукава. В схеме классификации Хаббла они обозначаются буквой SB, за которой следует строчная буква (a, b или c), которая указывает форму спиральных рукавов (так же, как классификация нормальных спиральных галактик). Полосы считаются временными структурами, которые могут возникать в результате волны плотности, исходящей наружу из ядра, или же из-за приливного взаимодействия с другой галактикой. Многие спиральные галактики с перемычкой активны, возможно, из-за того, что газ направляется в ядро ​​вдоль рукавов.

Наша собственная галактика, Млечный Путь, представляет собой большой диск с перемычкой. спиральная галактика диаметром около 30 килопарсек и толщиной в килопарсек. Он содержит около двухсот миллиардов (2 × 10) звезд и имеет общую массу примерно в шестьсот миллиардов (6 × 10) раз больше массы Солнца.

Сверхсветовая спираль

Недавно исследователи описали галактики, названные сверхсветящимися спиралями. Они очень большие, их диаметр составляет 437 000 световых лет (по сравнению с диаметром Млечного Пути в 100 000 световых лет). Имея массу в 340 миллиардов солнечных масс, они генерируют значительное количество ультрафиолетового и среднего инфракрасного света. Считается, что скорость звездообразования у них повышена примерно в 30 раз быстрее, чем у Млечного Пути.

Другая морфология

  • Пекулярные галактики - это галактические образования, которые развивают необычные свойства из-за приливных взаимодействий с другими галактиками.
    • A кольцевая галактика имеет кольцевую структуру из звезд и межзвездной среды, окружающую голое ядро. Считается, что кольцевая галактика возникает, когда меньшая галактика проходит через ядро ​​спиральной галактики. Такое событие могло повлиять на галактику Андромеды, поскольку она демонстрирует структуру, напоминающую множество колец, если смотреть в инфракрасном излучении.
  • A линзовидная галактика является промежуточной формой обладающий свойствами как эллиптических, так и спиральных галактик. Они классифицируются как хаббловский тип S0, и они обладают нечеткими спиральными рукавами с эллиптическим гало из звезд (линзовидные галактики с перемычкой получают классификацию Хаббла SB0.)
  • Неправильные галактики - это галактики, которые могут не могут быть легко классифицированы по морфологии эллиптической или спиральной.
    • Галактика Irr-I имеет некоторую структуру, но не полностью соответствует схеме классификации Хаббла.
    • Галактики Irr-II не обладают какой-либо структурой, напоминающей классификацию Хаббла, и, возможно, были нарушено. Ближайшие примеры (карликовых) неправильных галактик включают Магеллановы Облака.
  • Ультрадиффузная галактика (UDG) - галактика с чрезвычайно низкой плотностью. Галактика может быть того же размера, что и Млечный Путь, но ее видимые звезды составляют всего один процент от Млечного Пути. Недостаток светимости объясняется тем, что в нем отсутствует звездообразующий газ, что приводит к старому звездному населению.

Карлики

Несмотря на выдающееся положение больших эллиптических и спиральных галактик, большинство галактик являются карликовыми галактиками.. Эти галактики относительно малы по сравнению с другими галактическими образованиями, они составляют примерно одну сотую размера Млечного Пути и содержат всего несколько миллиардов звезд. Недавно были обнаружены сверхкомпактные карликовые галактики размером всего 100 парсеков.

Многие карликовые галактики могут вращаться вокруг одной более крупной галактики; У Млечного Пути есть по крайней мере дюжина таких спутников, и, по оценкам, 300–500 еще предстоит обнаружить. Карликовые галактики также можно классифицировать как эллиптические, спиральные или неправильные. Поскольку малые карликовые эллиптические галактики мало похожи на большие эллиптические, их часто называют карликовыми сфероидальными галактиками.

Исследование 27 соседей по Млечному Пути показало, что во всех карликовых галактиках центральная масса составляет примерно 10 миллионов масс Солнца, независимо от того, есть ли в галактике тысячи или миллионы звезд. Это привело к предположению, что галактики в основном образованы темной материей, и что минимальный размер может указывать на форму теплой темной материи, неспособную к гравитационному слиянию в меньшем масштабе.

Другие типы галактик

Взаимодействующие

Антенные галактики подвергаются столкновению, которое в конечном итоге приведет к их слиянию.

Взаимодействия между галактиками относительно часты, и они могут играть важную роль в галактической эволюции. Промежутки между галактиками приводят к искажениям из-за приливных взаимодействий и могут вызывать некоторый обмен газом и пылью. Столкновения происходят, когда две галактики проходят напрямую друг через друга и имеют достаточный относительный импульс, чтобы не слиться. Звезды взаимодействующих галактик обычно не сталкиваются, но газ и пыль в этих двух формах будут взаимодействовать, иногда вызывая звездообразование. Столкновение может сильно исказить форму галактик, образуя перемычки, кольца или структуры, похожие на хвосты.

На крайнем уровне взаимодействий - слияние галактик. В этом случае относительный импульс двух галактик недостаточен, чтобы позволить галактикам проходить друг через друга. Вместо этого они постепенно сливаются в одну большую галактику. Слияния могут привести к значительным изменениям морфологии по сравнению с исходными галактиками. Если одна из сливающихся галактик намного массивнее другой сливающейся галактики, результат известен как каннибализм. Более массивная и большая галактика останется относительно нетронутой слиянием, в то время как меньшая галактика разорвется на части. В настоящее время галактика Млечный Путь поглощает карликовую эллиптическую галактику Стрельца и карликовую галактику Большого Пса.

Звездообразование

M82, галактику со вспышками звездообразования звездообразование "нормальной" галактики

Звезды создаются внутри галактик из резерва холодного газа, который формируется в гигантские молекулярные облака. Было замечено, что некоторые галактики образуют звезды с исключительной скоростью, известной как звездообразование. Если они будут продолжать это делать, то они израсходуют свой запас газа за время, меньшее, чем продолжительность жизни галактики. Следовательно, звездообразование обычно длится всего около десяти миллионов лет - относительно короткий период в истории галактики. Галактики, вспыхнувшие звездообразованием, были более распространены на ранней стадии развития Вселенной, и в настоящее время они по-прежнему составляют примерно 15% от общего количества звезд. недавно сформированные звезды, в том числе массивные звезды, которые ионизируют окружающие облака, чтобы создать области H II. Эти массивные звезды производят сверхновые взрывы, в результате чего расширяются остатки, которые сильно взаимодействуют с окружающим газом. Эти вспышки вызывают цепную реакцию звездообразования, которая распространяется по всей газовой области. Активность звездообразования прекращается только тогда, когда доступный газ почти израсходован или рассеян.

Звездообразования часто связаны со слиянием или взаимодействием галактик. Примером прототипа такого взаимодействия, образующего звездообразование, является M82, который испытал близкое столкновение с более крупным M81. Неправильные галактики часто демонстрируют разнесенные узлы звездообразования.

Активная галактика

Ядро эллиптической радиогалактики испускается струей частиц M87.

Часть наблюдаемых галактик - это классифицируются как активные галактики, если галактика содержит активное галактическое ядро ​​(AGN). Значительная часть общей энергии, выделяемой галактикой, излучается активным ядром галактики, а не звездами, пылью и межзвездной средой галактики.

Стандартная модель для активного галактического ядра основана на аккреционном диске, который формируется вокруг сверхмассивной черной дыры (SMBH) в центральная область галактики. Излучение активного ядра галактики является результатом гравитационной энергии вещества, которое падает с диска на черную дыру. Примерно в 10% этих галактик диаметрально противоположные пары энергетических струй выбрасывают частицы из ядра галактики со скоростями, близкими к скорости света. Механизм образования этих джетов не совсем понятен.

блазары

блазары считаются активной галактикой с релятивистской струей, направленной в направлении Земли. радиогалактика излучает радиочастоты от релятивистских джетов. Единая модель активных галактик этих типов объясняет их различия на основе угла обзора наблюдателя.

ЛАЙНЕРЫ

Возможно, связанные с активными ядрами галактик (а также звездообразование области) являются областями с низкоионизационными линиями излучения ядер (ЛАЙНЕРЫ). В излучении галактик типа ЛАЙНЕР преобладают слабоионизованные элементы. Источниками возбуждения для слабоионизованных линий являются звезды post- AGB, AGN и ударные волны. Приблизительно одна треть ближайших галактик классифицируется как содержащие ядра LINER.

Сейфертовская галактика

Сейфертовские галактики являются одной из двух самых больших групп активных галактик, наряду с квазарами. У них есть квазароподобные ядра (очень светящиеся, далекие и яркие источники электромагнитного излучения) с очень высокой поверхностной яркостью, но, в отличие от квазаров, их родительские галактики легко обнаруживаются. Сейфертовские галактики составляют около 10% всех галактик. В видимом свете большинство сейфертовских галактик выглядят как нормальные спиральные галактики, но при изучении с другими длинами волн светимость их ядер эквивалентна светимости целых галактик размером с Млечный Путь.

Квазар

Квазары (/ ˈkweɪzɑr /) или квазизвездные радиоисточники - самые энергичные и далекие члены активных ядер галактик. Квазары чрезвычайно светятся и были впервые идентифицированы как источники электромагнитной энергии с большим красным смещением, включая радиоволны и видимый свет, которые, похоже, были похожи на звезды, а не на протяженные источники, подобные галактикам. Их светимость может быть в 100 раз больше, чем у Млечного Пути.

Светящаяся инфракрасная галактика

Светящиеся инфракрасные галактики или LIRG - это галактики со светимостью, измеряемой яркостью, более 10 л☉. LIRG более многочисленны, чем галактики со вспышками звездообразования, сейфертовские галактики и квазизвездные объекты при сопоставимой общей светимости. Инфракрасные галактики излучают больше энергии в инфракрасном диапазоне, чем на всех других длинах волн вместе взятых. LIRG в 100 миллиардов раз ярче нашего Солнца.

Свойства

Магнитные поля

Галактики имеют собственные магнитные поля. Они достаточно сильны, чтобы быть динамически важными: они вызывают приток массы в центры галактик, они модифицируют формирование спиральных рукавов и могут влиять на вращение газа во внешних областях галактик. Магнитные поля обеспечивают перенос углового момента, необходимого для коллапса газовых облаков и, следовательно, образования новых звезд.

Типичная средняя сила равнораспределения для спиральных галактик составляет около 10 мкГс (микрогаусс ) или 1 нТ (нанотесла ). Для сравнения: магнитное поле Земли имеет среднюю напряженность около 0,3 Гс (Гаусс или 30 мкТл (микротесла ). Радиослабые галактики, такие как M 31 и M 33, наши соседи Млечный Путь, имеют более слабые поля (около 5 мкГс), в то время как богатые газом галактики с высокими темпами звездообразования, такие как M 51, M 83 и NGC 6946, имеют 15 мкГс в среднем. В выступающих спиральных рукавах напряженность поля может достигать 25 мкГс, в областях, где также сосредоточены холодный газ и пыль. Самые сильные суммарные равнораспределенные поля (50–100 мкГс) были обнаружены в галактиках со вспышкой звездообразования, например, в M 82 и Антеннах, а также в областях ядерных звездообразований, например, в центрах NGC 1097 и других галактик с перемычкой.

Формирование и эволюция

Формирование и эволюция галактик - активная область исследований в астрофизике.

Формирование

Художественное представление о формировании протокластера в графе y вселенная

Современные космологические модели ранней Вселенной основаны на теории Большого взрыва. Примерно через 300 000 лет после этого события начали образовываться атомы водорода и гелия в результате события, называемого рекомбинацией. Почти весь водород был нейтральным (неионизированным) и легко поглощал свет, а звезды еще не образовались. В результате этот период получил название «темных веков ». Именно из-за флуктуаций плотности (или анизотропных неоднородностей) в этой изначальной материи начали появляться более крупные структуры. В результате массы барионной материи начали конденсироваться в гало холодной темной материи. Эти изначальные структуры в конечном итоге станут галактиками, которые мы видим сегодня.

Изображение молодой галактики, аккрецирующее материал

Ранние галактики

Доказательства раннего появления галактик были обнаружены в 2006 году, когда было обнаружено, что галактика IOK-1 имеет необычно высокое красное смещение, равное 6,96, что соответствует всего 750 миллионам лет после Большого взрыва и делает ее самой далекой и первозданной галактикой, которую когда-либо видели. Хотя некоторые ученые утверждали, что другие объекты (например, Abell 1835 IR1916 ) имеют более высокое красное смещение (и поэтому наблюдаются на более ранней стадии эволюции Вселенной), возраст и состав IOK-1 были установлены более надежно. В декабре 2012 года астрономы сообщили, что UDFj-39546284 - самый далекий из известных объектов и имеет значение красного смещения 11,9. Объект, который, по оценкам, существовал примерно «380 миллионов лет» после Большого взрыва (который произошел примерно 13,8 миллиарда лет назад), находится на расстоянии около 13,42 миллиарда световых лет. Существование таких ранних протогалактик предполагает, что они, должно быть, выросли в так называемые «темные века». По состоянию на 5 мая 2015 года галактика EGS-zs8-1 является самой далекой и самой ранней из измеренных галактик, образовавшейся через 670 миллионов лет после Большого взрыва. Свету от EGS-zs8-1 потребовалось 13 миллиардов лет, чтобы достичь Земли, и теперь он находится на расстоянии 30 миллиардов световых лет из-за расширения Вселенной за 13 миллиардов лет.

Формирование ранних галактик

Различные компоненты фонового света в ближней инфракрасной области, обнаруженные космическим телескопом Хаббла в обзорах глубокого неба

Детальный процесс образования ранних галактик - открытый вопрос астрофизики. Теории можно разделить на две категории: нисходящие и восходящие. В корреляциях сверху вниз (таких как модель Эггена – Линдена-Белла – Сэндиджа [ELS]) протогалактики формируются в крупномасштабном одновременном коллапсе, продолжающемся около ста миллионов лет. В восходящих теориях (таких как модель Серла-Зинна [SZ]) сначала формируются небольшие структуры, такие как шаровые скопления, а затем ряд таких тел срастается, образуя более крупную галактику.

Когда протогалактики начали формироваться и сжиматься, внутри них появились первые звезды гало (называемые звездами населения III ). Они почти полностью состояли из водорода и гелия и, возможно, были массивными. Если бы это было так, эти огромные звезды быстро израсходовали бы свой запас топлива и стали бы сверхновыми, выбрасывая тяжелые элементы в межзвездную среду. Это первое поколение звезд реионизировало окружающий нейтральный водород, создавая расширяющиеся пузыри пространства, через которые мог легко перемещаться свет.

В июне 2015 года астрономы сообщили о наличии звезд населения III в Космос с красным смещением 7 галактика на z = 6.60. Такие звезды, вероятно, существовали в очень ранней Вселенной (т. Е. С большим красным смещением) и, возможно, начали производство химических элементов тяжелее водорода, которые необходимы для более позднего формирование планет и жизни в том виде, в каком мы ее знаем.

Эволюция

В течение миллиарда лет после образования галактики начинают появляться ключевые структуры. Формируются шаровые скопления, центральная сверхмассивная черная дыра и галактический балдж из бедных металлом звезд населения II. Создание сверхмассивной черной дыры, по-видимому, играет ключевую роль в активном регулировании роста галактик за счет ограничения общего количества добавляемой дополнительной материи. В эту раннюю эпоху галактики претерпевают крупную вспышку звездообразования.

В течение следующих двух миллиардов лет накопленная материя оседает в галактическом диске. Галактика будет продолжать поглощать падающий материал из высокоскоростных облаков и карликовых галактик на протяжении всей своей жизни. Это в основном водород и гелий. Цикл рождения и смерти звезд медленно увеличивает количество тяжелых элементов, что в конечном итоге позволяет формировать из планет.

Hubble eXtreme Deep Field (XDF) XDF поле обзора сравнивается к угловому размеру луны . На этом маленьком изображении представлено несколько тысяч галактик, каждая из которых состоит из миллиардов звезд. Вид XDF (2012): каждое светлое пятнышко - это галактика, возраст некоторых из которых составляет 13,2 года. миллиардов лет - наблюдаемая Вселенная, по оценкам, содержит от 200 миллиардов до двух триллионов галактик. Изображение XDF показывает (слева) полностью зрелые галактики, почти зрелые галактики (от пяти до девяти миллиардов лет назад), и протогалактик, пылающих молодыми звездами (за девять миллиардов лет).

На эволюцию галактик могут существенно повлиять взаимодействия и столкновения. В раннюю эпоху слияния галактик были обычным явлением, и большинство галактик имели своеобразную морфологию. Учитывая расстояния между звездами, подавляющее большинство звездных систем в сталкивающихся галактиках не пострадают. Однако гравитационное разделение межзвездного газа и пыли, составляющих спиральные рукава, создает длинную цепочку звезд, известную как приливные хвосты. Примеры этих образований можно увидеть в NGC 4676 или в Antennae Galaxies.

Галактика Млечный Путь и ближайшая галактика Андромеды движутся навстречу друг другу со скоростью примерно 130 км / с, и - в зависимости от боковых движений - они могут столкнуться примерно через пять-шесть миллиардов лет. Хотя Млечный Путь никогда раньше не сталкивался с галактикой такого размера, как Андромеда, доказательства прошлых столкновений Млечного Пути с меньшими карликовыми галактиками увеличиваются.

Такие крупномасштабные взаимодействия редки. Со временем слияние двух систем равного размера становится все реже. Большинство ярких галактик остались в основном неизменными за последние несколько миллиардов лет, и чистая скорость звездообразования, вероятно, также достигла пика около десяти миллиардов лет назад.

Будущие тенденции

Спиральные галактики, такие как Млечное. Итак, создавайте новые поколения звезд, если в их спиральных рукавах есть плотные молекулярные облака межзвездного водорода. Эллиптические галактики в значительной степени лишены этого газа и поэтому образуют несколько новых звезд. Запасы звездообразующего материала ограничены; как только звезды превратят имеющийся запас водорода в более тяжелые элементы, новое звездообразование прекратится.

Ожидается, что нынешняя эра звездообразования продлится до ста миллиардов лет, а затем " звездный возраст "снизится примерно через десять триллионов до ста триллионов лет (10–10 лет), когда самые маленькие и долгоживущие звезды в нашей Вселенной, крошечные красные карлики, начнут исчезать. В конце звездного возраста галактики будут состоять из компактных объектов : коричневых карликов, белых карликов, которые охлаждаются или холодны ("черный карлики "), нейтронные звезды и черные дыры. В конце концов, в результате гравитационной релаксации, все звезды либо упадут в центральные сверхмассивные черные дыры, либо будут выброшены в межгалактическое пространство в результате столкновений.

Структуры большего размера

Секстет Сейферта является примером компактной группы галактик.

Обзоры глубокого неба показывают, что галактики часто встречаются группами и скоплениями. Одиночные галактики, которые существенно не взаимодействовали с другими галактиками сопоставимой массы за последние миллиард лет, относительно редки. Только около пяти процентов обследованных галактик оказались действительно изолированными; однако эти изолированные образования могли взаимодействовать и даже сливаться с другими галактиками в прошлом, и все еще могут вращаться вокруг меньших галактик-спутников. Изолированные галактики могут производить звезды с большей скоростью, чем обычно, поскольку их газ не разделяется другими близлежащими галактиками.

В самом большом масштабе Вселенная постоянно расширяется, что приводит к среднему увеличению расстояния между ними. отдельные галактики (см. закон Хаббла ). Объединения галактик могут преодолеть это расширение в локальном масштабе за счет взаимного гравитационного притяжения. Эти ассоциации сформировались рано, когда сгустки темной материи сблизили соответствующие галактики. Соседние группы позже объединились в более крупные кластеры. Этот продолжающийся процесс слияния (а также приток падающего газа) нагревает межгалактический газ внутри скопления до очень высоких температур, достигающих 30–100 мегакельвинов. Около 70–80% массы скопления находится в форме темной материи, 10–30% состоит из этого нагретого газа, а оставшиеся несколько процентов вещества - в форме галактик.

Большинство галактики гравитационно связаны с рядом других галактик. Они образуют фрактальное -подобное иерархическое распределение кластерных структур, причем самые маленькие такие ассоциации называются группами. Группа галактик является наиболее распространенным типом скоплений галактик, и эти образования содержат большинство галактик (а также большую часть барионной массы) во Вселенной. Чтобы оставаться гравитационно связанной с такой группой, каждая галактика-член должна иметь достаточно низкую скорость, чтобы предотвратить ее побег (см. теорему Вириала ). Если же кинетической энергии недостаточно, группа может превратиться в меньшее количество галактик в результате слияния.

Вопрос, Web Fundamentals.svg Нерешенная проблема в физике :. самые большие структуры во Вселенной больше, чем ожидалось. Это настоящие структуры или случайные флуктуации плотности? (другие нерешенные проблемы физики)

Скопления галактик состоят из сотен и тысяч галактик, связанных между собой гравитацией. В скоплениях галактик часто преобладает одна гигантская эллиптическая галактика, известная как ярчайшая галактика скопления, которая со временем приливно разрушает свои галактики-спутники и добавляет их массу к своей собственной.

Сверхскопления содержат десятки тысяч галактик, которые находятся в скоплениях, группах, а иногда и по отдельности. В масштабе сверхскопления галактики организованы в слои и волокна, окружающие огромные пустые пустоты. Выше этого масштаба Вселенная кажется одинаковой во всех направлениях (изотропная и однородная ), хотя это представление в последние годы оспаривается многочисленными открытиями крупномасштабных структур. которые, кажется, превышают этот масштаб. Великая китайская стена Геркулеса и северной короны, в настоящее время самая большая структура во Вселенной, обнаруженная до сих пор, имеет длину 10 миллиардов световых лет (три гигапарсека).

Галактика Млечный Путь является членом ассоциации под названием Местная группа, относительно небольшой группы галактик, диаметр которой составляет приблизительно один мегапарсек. Млечный Путь и Галактика Андромеды - две самые яркие галактики в группе; многие из других галактик-членов являются карликовыми компаньонами этих двух. Сама Местная Группа является частью облачной структуры в Сверхскоплении Девы, большой протяженной структуре групп и скоплений галактик с центром в Скоплении Девы. А само сверхскопление Девы является частью комплекса сверхскопления Рыбы-Цет, гигантской нити галактики.

Файл: NASA-HubbleLegacyFieldZoomOut-20190502.webm Play media Hubble Legacy Field (50-секундное видео) Южная плоскость Млечного Пути в субмиллиметровом диапазоне

Наблюдение в нескольких длинах волн

На этом ультрафиолетовом изображении Андромеды показаны синие области, содержащие молодые массивные звезды.

Пиковое излучение большинства звезд лежит в видимом спектре, поэтому наблюдение звезд, образующих галактики, было основным компонентом оптической астрономии. Это также благоприятная часть спектра для наблюдения ионизированных областей H II и для изучения распределения пыльных рукавов.

пыль, присутствующая в межзвездной среде, непрозрачна для визуального света. Он более прозрачен для дальнего инфракрасного диапазона, который может использоваться для детального наблюдения внутренних областей гигантских молекулярных облаков и ядер галактик. Инфракрасное излучение также используется для наблюдения далеких галактик с красным смещением, которые образовались намного раньше. Водяной пар и углекислый газ поглощают ряд полезных частей инфракрасного спектра, поэтому для инфракрасной астрономии.

используются высотные или космические телескопы. Первое невизуальное исследование галактик., особенно активные галактики, было создано с использованием радиочастот. Атмосфера Земли почти прозрачна для радио в диапазоне от 5 МГц до 30 ГГц. (Ионосфера ионосфера блокирует сигналы ниже этого диапазона.) Большие радио интерферометры использовались для отображения активных струй, испускаемых активными ядрами. Радиотелескопы также можно использовать для наблюдения за нейтральным водородом (с помощью 21-сантиметрового излучения ), включая, потенциально, неионизированное вещество в ранней Вселенной, которое позже коллапсировало, образуя галактики.

Ультрафиолетовые и рентгеновские телескопы могут наблюдать галактические явления с высокой энергией. Ультрафиолетовые вспышки иногда наблюдаются, когда звезда в далекой галактике отрывается от приливных сил ближайшей черной дыры. Распределение горячего газа в скоплениях галактик можно отобразить с помощью рентгеновских лучей. Существование сверхмассивных черных дыр в ядрах галактик было подтверждено рентгеновской астрономией.

См. Также

Примечания

Ссылки

Источники

Библиография

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-05-21 10:32:54
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте