Многие факты, известные сегодня, кажутся такими знакомыми и привычными, что трудно представить, как раньше жили без них. Однако научные истины в большинстве своем возникли не на заре человечества. Во многом это касается познаний о космическом пространстве. Виды туманностей, галактик, звезд сегодня известны почти каждому. Между тем путь к современному пониманию был достаточно длительным. Люди далеко не сразу осознали, что планета — часть Солнечной системы, а она — Галактики. Виды галактик стали изучаться в астрономии еще позже, когда пришло понимание, что Млечный путь не одинок и им Вселенная не ограничивается. как и вообще познания космоса вне «молочной дороги», стал Эдвин Хаббл. Благодаря его исследованиям сегодня мы очень многое знаем о галактиках.

Виды галактик во Вселенной

Хаббл изучал туманности и доказал, 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 классификацию. Ей ученые пользуются и сегодня.

Все множество систем во Вселенной он разделил на 3 вида: галактики эллиптические, спиралевидные и неправильные. Каждый тип активно изучается астрономами 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.

Спиралевидные

Виды галактик распространены по Вселенной не одинаково. По современным данным чаще других встречаются спиралевидные. Кроме Млечного пути к этому типу относится Туманность Андромеды (М31) и галактика в (М33). Подобные объекты имеют легко узнаваемое строение. Если посмотреть со стороны, как выглядит такая галактика, вид сверху будет напоминать расходящиеся по воде концентрические круги. От сферического центрального утолщения, называемого балджем, расходятся спиральные рукава. Число таких ответвлений бывает разным — от 2 до 10. Весь диск со спиральными рукавами находится внутри разреженного облака звезд, которое в астрономии называется «гало». Ядро же галактики представляет собой скопление светил.

Подтипы

В астрономии для обозначения спиралевидных галактик используется буква S. Их делят на типы в зависимости от структурной оформленности рукавов и особенностей общей формы:

галактика Sa: рукава туго закрученные, гладкие и неоформленные, балдж яркий и протяженный;

галактика Sb: рукава мощные, четкие, балдж менее выражен;

галактика Sc: рукава хорошо развиты, представляют собой клочковатую структуру, балдж просматривается плохо.

Кроме того, некоторые спиральные системы обладают центральной практически прямой перемычкой (ее называют «бар»). В обозначение галактики в этом случае добавляется буква B (Sba или Sbc).

Формирование

Образование спиралевидных галактик, судя по всему, схоже с появлением волн от удара камня по поверхности воды. К возникновению рукавов, по мнению ученых, привел некий толчок. Сами спиральные ответвления представляют собой волны повышенной плотности вещества. Природа толчка может быть различной, один из вариантов — перемещения в звезд.

Спиральные ответвления — это молодые звезды и нейтральный газ (основной элемент — водород). Они лежат в плоскости вращения галактики, потому она напоминает сплющенный диск. Образование молодых звезд возможно и в центре таких систем.

Ближайшая соседка

Туманность Андромеды — спиралевидная галактика: вид сверху на нее выявляет несколько рукавов, исходящих из общего центра. С Земли невооруженным глазом ее можно увидеть как размытое туманное пятно. По своим размерам соседка нашей галактики несколько превосходит ее: 130 тысяч световых лет в диаметре.

Туманность Андромеды хотя и самая близкая к Млечному пути галактика, а расстояние до нее огромно. Свету для того, чтобы преодолеть его, требуется два миллиона лет. Этот факт отлично объясняет, почему полеты к соседней галактике пока возможны только в фантастических книгах и фильмах.

Эллиптические системы

Рассмотрим теперь другие виды галактик. Фото эллиптической системы хорошо демонстрирует ее отличие от спиралевидного собрата. У такой галактики нет рукавов. Она похожа на эллипс. Подобные системы могут быть сжатыми в разной степени, представлять собой нечто вроде линзы или же шара. В таких галактиках практически не встречается холодный газ. Наиболее внушительные представители этого типа заполнены разреженным горячим газом, температура которого достигает миллиона градусов и выше.

Отличительная черта многих эллиптических галактик — красноватый оттенок. Долгое время астрономы полагали это признаком древности таких систем. Считалось, что они в основном состоят из старых звезд. Однако исследования последних десятилетий показали ошибочность этого предположения.

Образование

Долгое время бытовала еще одна гипотеза, связанная с эллиптическими галактиками. Они считались самыми первыми из возникших, сформировавшимися вскоре после Большого взрыва. Сегодня эта теория считается устаревшей. Большой вклад в ее опровержение внесли немецкие астрономы Алар и Юрий Тумре, а также американский ученый Франсуа Швайцер. Их исследования и открытия последних лет подтверждают истинность другой гипотезы, иерархической модели развития. Согласно ей более крупные структуры формировались из достаточно небольших, то есть галактики образовались далеко не сразу. Их появлению предшествовало образование звездных скоплений.

Эллиптические системы по современным представлениям сформировались из спиралевидных в результате слияния рукавов. Одно из подтверждений этого — большое количество «закрученных» галактик, наблюдаемое в удаленных участках космоса. Напротив, в наиболее приближенных областях заметно выше концентрация эллиптических систем, достаточно ярких и протяженных.

Символы

Эллиптические галактики в астрономии также получили свои обозначения. Для них используют символ «Е» и цифры от 0 до 6, которыми указывается степень уплощения системы. Е0 — это галактики практически правильной шаровой формы, а Е6 — самые плоские.

Бушующие ядра

К эллиптическим галактикам относятся системы NGC 5128 из созвездия Кентавра и М87, расположенное в Деве. Их особенностью является мощное радиоизлучение. Астрономов в первую очередь интересует устройство центральной части таких галактик. Наблюдения российских ученых и исследования телескопа Хаббла показывают достаточно высокую активность этой зоны. В 1999 году американские астрономы получили данные о ядре эллиптической галактике NGC 5128 (созвездие Кентавр). Там в постоянном движении находятся огромные массы горячего газа, закручивающегося вокруг центра, возможно, черной дыры. Точных данных о природе таких процессов пока нет.

Системы неправильной формы

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

Взаимодействие

Основные виды галактик описывают особенности формы и расположения элементов этих космических систем. Однако не менее интересен вопрос об их взаимодействии. 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 или столкновения двух систем.

Если вспомнить, что представляют собой такие объекты, становится понятным, насколько масштабные изменения происходят во время их взаимодействия. При столкновении высвобождается колоссальное количество энергии. Интересно, что подобные события даже более вероятны на просторах космоса, чем встреча двух звезд.

Однако не всегда «общение» галактик заканчивается столкновением и взрывом. Небольшая система может пройти сквозь своего крупного собрата, потревожив при этом его структуру. Так образуются формирования, схожие по внешнему виду 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 друга или лишь слегка соприкасаются. Однако независимо от степени взаимодействия оно приводит к серьезным изменениям структуры обеих галактик.

Будущее

По предположениям ученых не исключено, что через некоторое, довольно продолжительное, время Млечный путь поглотит ближайшего своего спутника, относительно недавно обнаруженную крохотную по космическим меркам систему, расположенную на расстоянии 50 световых лет от нас. Данные исследований свидетельствуют о внушительной продолжительности жизни этого спутника, которая, вероятно, закончится в процессе слияния со своим более крупным соседом.

Столкновение — возможное будущее для Млечного пути и Туманности Андромеды. Сейчас огромного соседа отделяет от нас примерно 2,9 миллиона световых лет. Две галактики приближаются друг к другу со скоростью 300 км/с. Вероятное столкновение по расчетам ученых случится через три миллиарда лет. Однако произойдет ли оно или галактики лишь слегка заденут друг друга, сегодня точно никто не знает. Для прогнозирования не хватает данных об особенностях движения обоих объектов.

Современная астрономия подробно изучает такие космические структуры, как галактики: виды галактик, особенности взаимодействия, их отличия и сходства, будущее. В этой области еще немало непонятного и требующего дополнительного изучения. Виды строения галактик известны, но нет точного понимания многих деталей, связанных, например, с их образованием. Современные темпы совершенствования знания и техники, однако, позволяют надеяться на значительные прорывы в будущем. В любом случае галактики не перестанут быть центром множества исследований. И связано это не только с любопытством, присущим всем людям. Данные о космических закономерностях и жизни позволяют спрогнозировать будущее нашего кусочка Вселенной, галактики Млечный путь.

По этой классификации существует четыре основных типа галактик. Иногда к отдельному виду относят карликовые галактики, однако ничем, кроме своего относительно малого размера они не выделяются и сами принадлежат к тому или иному типу в классической категоризации.

Эллиптическая галактика

Со стороны выглядит как гигантская звезда – светящийся шар с сильнейшей яркостью в центре и тускнеющий к краям. Эллиптические, или сфероидальные галактики почти полностью состоят из старых звезд, поэтому всегда имеют желтый или красноватый оттенок. Новые звезды в них практически не образуются, так как количество межзвездного газа и пыли в них ничтожно (хотя встречаются и исключения). Отличаются между собой эллиптические звездные системы лишь по размеру и степени сжатия. Именно по сжатию их и классифицируют, от E0 до E7. Составляют примерно четверть из числа видимых галактик. По классификации Хаббла – это начальная стадия галактической эволюции.

Эллиптическая галактика ESO 325-G004 / ©NASA/ESA

Спиральная галактика

Самый распространенный тип и, вероятно, самый красивый – составляет более половины числа всех известных галактик. Выглядит как диск с ярким желтым шаром в центре, вокруг которого в виде спиралей закручены более тусклые ветви-рукава голубоватого оттенка (из-за наличия особых звезд – белых и голубых сверхгигантов).

От эллиптических звездных систем отличается целым рядом особенностей строения. Во-первых, у спиральных галактик присутствуют рукава, где проходят процессы активного звездообразования. Во-вторых, присутствует звездный диск – относительно тонкий слой материи вдоль плоскости галактики, где находится основная масса объектов системы, и звезды в котором вращаются вокруг центра диска. В-третьих, широко наблюдается наличие межзвездного газа и пыли – необходимой для рождения звезд среды. Многие спиральные галактики имеют в своем центре своеобразную перемычку (бар), от концов которой расходятся рукава. Классифицируются буквой S и различаются по плотности расположения рукавов (Sa-Sd, с перемычкой – SBa-SBd).

Количество рукавов в среднем составляет пару, однако встречается и больше; в некоторых случаях рукава отличаются по размеру. Все они (если не переживают галактическое столкновение) закручены в одну сторону вокруг центра, где сосредоточена основная масса вещества в виде сверхмассивной черной дыры и плотного шарообразного скопления из старых звезд – балджа.

И наша галактика – Млечный путь, и Туманность Андромеды, с которой мы неминуемо столкнемся через 4 миллиарда лет, – обе представляют собой спиральные галактики. Солнце находится между рукавов и вдали от галактического центра, причем скорость его движения примерно равна скорости вращения рукавов; таким образом, солнечная система избегает опасных для земной жизни областей активного звездообразования, где часто вспыхивают сверхновые.

Спиральная галактика Водоворот и её компаньон NGC 5195 / ©NASA

Линзообразная галактика

По классификации Хаббла это промежуточный тип между эллиптической и спиральной галактиками (S0). Линзообразные звездные системы обладают звездным диском вокруг центрального шаровидного скопления-балджа, однако рукава относительно малы и выражены не очень ярко, а количества межзвездной газопылевой материи недостаточно для активного рождения новых звезд. Основные жители – старые большие звезды, красного или желтого цветов.

Различаются по количеству межзвездной пыли и плотности перемычки в галактическом центре. Составляют примерно 20% числа галактик.

Линзообразная галактика NGC 7049 / ©NASA/ESA

Неправильная галактика

Ни эллипс, ни спираль – неправильные галактики не обладают ни одной из распространенных форм. Как правило, это хаотически связанные гравитацией звездные скопления, порой не имеющие четкой формы и даже ярко выраженного центра. Составляют примерно 5% галактик.

Почему они так сильно отличаются от своих галактических собратьев? Очень вероятно, что каждая такая звездная система когда-то была эллиптической или спиральной, но ее изуродовало столкновение с другой галактикой, или тесное соседство с ней.

Делятся на два основных типа: те, кто имеет хоть какое-то подобие структуры, позволяющее отнести их к последовательности Хаббла (Irr I), и те, кто не обладает даже подобием (Irr II).

Иногда выделяют третий тип – карликовые неправильные галактики (dl или dIrr). В них наблюдается низкое количество тяжелых элементов и большое количество межзвездного газа, что делает их похожими на протогалактики ранней Вселенной. Поэтому изучение этого вида неправильных галактик имеет важное значение для понимания процесса галактической эволюции.

NGC 1569 является карликовой неправильной галактикой в созвездии Жирафа / ©NASA/ESA

Классификация по Хабблу

Существуют три основных типа галактик: эллиптические, спиральные, и нерегулярные (неправильные). Два, из этих трех типов, делятся и подразделяются на системы, а общая классификация теперь известна как камертон Хаббла. Когда Хаббл впервые создал эту схему, он считал, что это эволюционная последовательность, а также их классификация.

Однако, на сегодняшний день, ученые придерживаются следующей морфологической классификации, подробно отраженной в таблице

Современная классификация галактик по данным инфракрасных телескопов Гершель и Спитцер.

На этой диаграмме 61 близкий объект снятый космическими телескопами Гершель и Спитцер. Они расположены примерно в 10-100 миллионах световых лет от Земли и были сфотографированы в рамках исследовательских программ.

На изображениях галактик вместо звезд, видна межзвездная пыль, которая нагревается горячими молодыми звездами, видимые только инфракрасными телескопами, такими как Гершель и Спитцер.

Каждое отдельное изображение трехцветное и показывает теплую пыль (синий цвет), обнаруженную Спитцером на длине волны 24 мкм, и более прохладную пыль снятую Гершелем в диапазоне 100 мкм (зеленый) и 250 мкм (красный).

Эллиптические — имеют форму сфероида или удлиненной сферы. На небе, где мы можем видеть только два из трех измерений, эти звездные острова овальные и имеют форму дисков. Их поверхностная яркость уменьшается, по направлению от центра. Чем больше число в классификации эллиптических галактик, тем большую форму эллипса они имеют. Так, например по классификации E0 — идеально круглая, а E7 в форме овала. Эллиптическая шкала варьирует от E0 до E7.

Спиральные

Спиральные состоят из трех основных компонентов: балдж, диск и гало. Балдж (выпуклость) находится в центре галактики. Она содержит, в основном, старые звезды. Диск состоит из пыли, газа и молодых звезд. Диск образует ряд структур. Наше Солнце, например, находится в руке Ориона. Гало — свободные, сферические структуры, расположенные вокруг балджа. Гало содержит старые звездные скопления, известные как шаровые скопления.

Типа S0

S0 это промежуточный тип между E7 и спиральными Sa. Они отличаются от эллиптических, поскольку имеют выпуклость и тонкий диск, но отличаются от Sa, потому что они не имеют спиральную структуру. S0 галактики, также известны как линзовидные.

Неправильные

Доктор педагогических наук Е. ЛЕВИТАН.

Схема классификации галактик, по Хабблу (1925 год).

Галактика NGC 4314 (созвездие Водолея).

Неправильные галактики: слева - Большое Магелланово Облако, справа - Малое Магелланово Облако.

Огромная эллиптическая галактика в созвездии Девы - радиоисточник Дева А. Это почти шаровая галактика. По всей вероятности, очень активная - виден выброс яркой струи вещества.

Галактика NGC 4650 А (созвездие Кентавра). Расстояние до нее 165 миллионов световых лет.

Газовая туманность (М27), которая находится в нашей Галактике, но очень далеко от нас - на расстоянии 1200 световых лет.

Перед вами не галактика, а туманность Тарантул 30 Золотой Рыбы - известная достопримечательность Большого Магелланова Облака.

"Давным-давно, в далекой-далекой галактике..." - этими словами обычно начинаются фильмы известного сериала "Звездные войны". А представляете ли вы, как велико количество таких "далеких-далеких" галактик? Например, галактик, которые мы видим как точку ярче 12 m , известно около 250. Галактик, блеск которых еще слабее - до 15 m , - около 50000. Число тех, которые могут быть сфотографированы лишь очень мощным, например 6-метровым, телескопом на пределе его возможностей, - многие миллиарды. С помощью космического телескопа их можно увидеть еще больше. Все вместе эти звездные острова и есть Вселенная - мир галактик.

Люди, живущие на Земле, поняли это далеко не сразу. Сначала им предстояло открыть собственную планету - Землю. Потом - Солнечную систему. Затем - собственный звездный остров - нашу Галактику. Мы называем ее - Млечный Путь.

Еще через какое-то время астрономы обнаружили, что у нашей Галактики есть соседи, что туманность Андромеды, Большое Магелланово Облако, Малое Магелланово Облако и многие другие туманные пятнышки - это уже не наша Галактика, а другие, самостоятельные звездные острова.

Так человек заглянул за пределы своей Галактики. Постепенно выяснилось, что мир галактик не только поразительно велик, но и разнообразен. Галактики резко различаются размерами, внешним видом и числом входящих в них звезд, светимостью.

Основоположником внегалактической астрономии, которая занимается этими вопросами, по праву считают американского астронома Эдвина Хаббла (1889-1953). Он доказал, что многие "туманности" на самом деле - другие галактики, состоящие из множества звезд. Изучил более тысячи галактик, определил расстояние до некоторых из них. Среди галактик выделил три основных типа: спиральные, эллиптические и неправильные.

Теперь мы знаем, что спиральные галактики встречаются чаще других. Более половины галактик - спиральные. К их числу относятся и наш Млечный Путь, и галактика в Андромеде (М31), и галактика в Треугольнике (М33).

Спиральные галактики очень красивы. В центре - яркое ядро (большое тесное скопление звезд). Из ядра выходят спиральные, закручивающиеся вокруг него ветви. Они состоят из молодых звезд и облаков нейтрального газа, в основном - водорода. Все ветви - а их может быть одна, две или несколько - лежат в плоскости, совпадающей с плоскостью вращения галактики. Поэтому галактика имеет вид сплющенного диска.

Астрономы долгое время не могли понять, почему галактические спирали, или, как их еще называют, рукава, так долго не разрушаются. По этому вопросу было много разных гипотез. Сейчас большинство исследователей галактик склоняются к мнению, что галактические спирали представляют собой волны повышенной плотности вещества. Они подобны волнам на поверхности воды. А те, как известно, при своем движении не переносят вещество.

Чтобы появились волны на спокойной поверхности воды, достаточно бросить в воду хотя бы небольшой камень. Возникновение спиральных рукавов, вероятно, тоже связано с каким-то толчком. Это могли быть перемещения в самой массе звезд, населяющих данную галактику. Не исключена связь с так называемым дифференциальным вращением и "всплесками" при звездообразовании.

Астрофизики довольно уверенно говорили о том, что именно в рукавах спиральных галактик сосредоточена основная масса недавно родившихся звезд. Но тут стали появляться сведения о том, что рождение звезд, возможно, происходит и в центральных областях галактик (см. "Наука и жизнь" № 10, 1984 г.). Это прозвучало как сенсация. Одно из таких открытий сделано совсем недавно, когда с помощью космического телескопа имени Хаббла сфотографировали галактику NGC 4314 (фото внизу).

Галактики, именуемые эллиптическими , по внешнему виду существенно отличаются от спиральных. На фотографиях они выглядят как эллипсы с разной степенью сжатия. Среди них есть галактики, похожие на линзу, и почти шаровые звездные системы. Встречаются и гиганты, и карлики. Примерно четверть из наиболее ярких галактик относят к числу эллиптических. Для многих из них характерен красноватый цвет. Долгое время астрономы считали это одним из свидетельств того, что эллиптические галактики в основном состоят из старых (красных) звезд. Последние наблюдения космического телескопа Хаббла и инфракрасного телескопа "ISO" опровергают эту точку зрения (см. "Наука и жизнь" №№ и ).

Среди эллиптических галактик есть такие интересные объекты, как шаровая галактика NGС 5128 (созвездие Кентавра) или М87 (созвездие Девы). Они привлекают к себе внимание как мощнейшие источники радиоизлучения. Особая загадка этих и нескольких спиральных галактик - их ядра. Что сосредоточено в них: сверхмассивные звездные скопления или черные дыры? По мнению некоторых астрофизиков, спящая черная дыра (или несколько черных дыр), возможно, притаилась в центре нашей Галактики, окутанном облаками непрозрачной межзвездной материи, или, например, в Большом Магеллановом Облаке.

Единственными источниками информации о процессах, идущих в центральных областях нашей и других галактик, до последнего времени были наблюдения в радио- и рентгеновских диапазонах. Например, чрезвычайно интересные данные о структуре центра нашей Галактики получил с помощью российских орбитальных обсерваторий "Астрон" и "Гранат" коллектив ученых во главе с академиком Р. Сюняевым. Позднее, в 1997 году, с помощью инфракрасной камеры американского космического телескопа имени Хаббла астрофизики получили снимки ядра эллиптической галактики NGС 5128 (радиогалактика Кентавра А). Удалось обнаружить находящиеся от нас на расстоянии 10 миллионов световых лет отдельные детали (размером порядка 100 световых лет). Раскрылась впечатляющая картина буйства горячего газа, крутящегося вокруг какого-то центра, возможно, черной дыры. Однако не исключено, что чудовищная активность ядер галактик, подобных этой, связана с иными бурными событиями. Ведь в истории жизни галактик много необычного: они сталкиваются, а иногда даже "пожирают" друг друга.

Наконец обратимся к третьему (по классификации Хаббла) типу галактик - неправильным (или иррегулярным). Они отличаются хаотической, клочковатой структурой и не имеют какой-либо определенной формы.

Именно такими оказались две самые близкие к нам сравнительно небольшие галактики - Магеллановы Облака. Это спутники Млечного Пути. Они видны невооруженным глазом, правда, только на небе Южного полушария Земли.

Вы, наверное, знаете, что Южный полюс мира не отмечен на небе какой-либо заметной звездой (в отличие от Северного полюса мира, рядом с которым сейчас расположена a Малой Медведицы - Полярная звезда). Магеллановы Облака помогают определить направление на Южный полюс мира. Большое Облако, Малое Облако и Южный полюс лежат в вершинах равностороннего треугольника.

Две самые близкие к нам галактики получили свое название в честь Фернана Магеллана в XVI веке по предложению Антонио Пигафетты, который был летописцем знаменитого кругосветного путешествия. В своих записях он отмечал все необычное, что происходило или наблюдалось во время плавания Магеллана. Не оставил без внимания и эти туманные пятна на звездном небе.

Хотя неправильные галактики - самый немногочисленный класс галактик, исследование их очень важно и плодотворно. Особенно это относится именно к Магеллановым Облакам, которые привлекают особое внимание астрономов прежде всего потому, что они почти рядом с нами. До Большого Магелланова Облака менее 200 тысяч световых лет, до Малого Магелланова Облака еще ближе - около 170 тысяч световых лет.

Астрофизики постоянно обнаруживают в этих внегалактических мирах что-нибудь очень интересное: уникальные наблюдения вспышки сверхновой звезды в Большом Магеллановом Облаке 23 февраля 1987 года. Или, например, туманность Тарантул, в которой за последние годы сделано множество удивительных открытий.

Несколько десятков лет назад один из моих учителей, профессор Б. А. Воронцов-Вельяминов (1904-1994), прилагал огромные усилия к тому, чтобы привлечь внимание своих коллег к взаимодействующим галактикам. В те времена эта тема многим астрономам казалась экзотикой, не представляющей особого интереса. Но вот спустя годы стало ясно, что работы Бориса Александровича (и его последователей) - исследования взаимодействующих галактик - открыли новую, очень важную страницу в истории внегалактической астрономии. И сейчас уже никому не представляются экзотикой не только самые причудливые (и не всегда понятные) формы взаимодействия галактик, но даже и "каннибализм" в мире гигантских звездных систем.

"Каннибализм" - взаимное "поедание" галактик друг другом (их слияние при тесных сближениях) - запечатлен на фотоснимках. По одной из гипотез, "каннибалом" может стать наш Млечный Путь. Основанием для такого предположения стало открытие в начале 90-х годов карликовой галактики. В ней всего несколько миллионов звезд, а находится она на расстоянии 50 тысяч световых лет от Млечного Пути. Эта "малышка" не такая уж юная: она возникла несколько миллиардов лет назад. Чем закончится ее долгая жизнь, пока сказать трудно. Но не исключена возможность того, что она когда-нибудь сблизится с Млечным Путем, и он ее поглотит.

Подчеркнем еще раз, что мир галактик необыкновенно многообразен, удивителен и во многом непредсказуем. А любители астрономии смогут следить за новостями внегалактической астрономии, которая сейчас стремительно развивается. Так что ждите новую информацию, новые фотографии самых необыкновенных галактик.

ГАЛАКТИКИ, «внегалактические туманности» или «островные Вселенные»,― это гигантские звездные системы, содержащие также межзвездный газ и пыль. Солнечная система входит в нашу Галактику – Млечный Путь. Все космическое пространство до пределов, куда могут проникнуть мощнейшие телескопы, заполнено галактиками. Астрономы насчитывают их не менее миллиарда. Ближайшая галактика находится от нас на расстоянии около 1 млн. св. лет (10 19 км), а до самых удаленных галактик, зарегистрированных телескопами, – миллиарды световых лет. Исследование галактик – одна из самых грандиозных задач астрономии.

Историческая справка. Ярчайшие и ближайшие к нам внешние галактики – Магеллановы Облака – видны невооруженным глазом на южном полушарии неба и были известны арабам еще в 11 в., равно как и ярчайшая галактика северного полушария – Большая туманность в Андромеде. С переоткрытия этой туманности в 1612 при помощи телескопа немецким астрономом С.Мариусом (1570–1624) началось научное изучение галактик, туманностей и звездных скоплений. Немало туманностей было обнаружено различными астрономами в 17 и 18 вв.; тогда их считали облаками светящегося газа.

Представление о звездных системах за пределом Галактики впервые обсуждали философы и астрономы 18 в.: Э.Сведенборг (1688–1772) в Швеции, Т.Райт (1711–1786) в Англии, И.Кант (1724–1804) в Пруссии, И.Ламберт (1728–1777) в Эльзасе и В.Гершель (1738–1822) в Англии. Однако лишь в первой четверти 20 в. существование «островных Вселенных» было однозначно доказано в основном благодаря работам американских астрономов Г.Кертиса (1872–1942) и Э.Хаббла (1889–1953). Они доказали, что расстояния до наиболее ярких, а значит, ближайших «белых туманностей» значительно превосходят размер нашей Галактики. За период с 1924 по 1936 Хаббл продвинул границу исследования галактик от ближайших систем до предела возможностей 2,5-метрового телескопа обсерватории Маунт-Вилсон, т.е. до нескольких сотен миллионов световых лет.

В 1929 Хаббл открыл зависимость между расстоянием до галактики и скоростью ее движения. Эта зависимость, закон Хаббла, стала наблюдательной основой современной космологии. После окончания Второй мировой войны началось активное изучение галактик с помощью новых крупных телескопов с электронными усилителями света, автоматических измерительных машин и компьютеров. Обнаружение радиоизлучения нашей и других галактик дало новую возможность для изучения Вселенной и привело к открытию радиогалактик, квазаров и других проявлений активности в ядрах галактик. Внеатмосферные наблюдения с борта геофизических ракет и спутников позволили обнаружить рентгеновское излучение из ядер активных галактик и скоплений галактик.

Рис. 1. Классификация галактик по Хабблу

Первый каталог «туманностей» был опубликован в 1782 французским астрономом Ш.Мессье (1730–1817). В этот список попали как звездные скопления и газовые туманности нашей Галактики, так и внегалактические объекты. Номера объектов по каталогу Мессье используются до сих пор; например, Мессье 31 (М 31) – это знаменитая Туманность Андромеды, ближайшая крупная галактика, наблюдаемая в созвездии Андромеды.

Систематический обзор неба, начатый В.Гершелем в 1783, привел его к открытию нескольких тысяч туманностей на северном небе. Эта работа была продолжена его сыном Дж.Гершелем (1792–1871), который провел наблюдения в Южном полушарии на мысе Доброй Надежды (1834–1838) и опубликовал в 1864 Общий каталог 5 тыс. туманностей и звездных скоплений. Во второй половине 19 в. к этим объектам добавились вновь открытые, и Й.Дрейер (1852–1926) в 1888 опубликовал Новый общий каталог (New General Catalogue – NGC ), включающий 7814 объектов. С публикацией в 1895 и 1908 двух дополнительных Индекс-каталогов (IC) число обнаруженных туманностей и звездных скоплений превысило 13 тыс. Обозначение по каталогам NGC и IC с тех пор стало общепринятым. Так, Туманность Андромеды обозначают либо М 31, либо NGC 224. Отдельный список 1249 галактик ярче 13-й звездной величины, основанный на фотографическом обзоре неба, составили Х.Шепли и А.Эймс из Гарвардской обсерватории в 1932.

Эта работа была существенно расширена первым (1964), вторым (1976) и третьим (1991) изданиями Реферативного каталога ярких галактик Ж. де Вокулера с сотрудниками. Более обширные, но менее детальные каталоги, основанные на просмотре фотографических пластинок обзора неба были опубликованы в 1960-х годах Ф.Цвикки (1898–1974) в США и Б.А.Воронцовым-Вельяминовым (1904–1994) в СССР. Они содержат ок. 30 тыс. галактик до 15-й звездной величины. Недавно был закончен подобный обзор южного неба с помощью 1-метровой камеры Шмидта Европейской южной обсерватории в Чили и британской 1,2-метровой камеры Шмидта в Австралии.

Галактик слабее 15-й звездной величины слишком много, чтобы составлять их список. В 1967 опубликованы результаты подсчета галактик ярче 19-й звездной величины (к северу от склонения 20), проделанного Ч.Шейном и К.Виртаненом по пластинкам 50-см астрографа Ликской обсерватории. Таких галактик оказалось ок. 2 млн., не считая тех, которые скрыты от нас широкой пылевой полосой Млечного Пути. А еще в 1936 Хаббл на обсерватории Маунт-Вилсон подсчитал количество галактик до 21-й звездной величины в нескольких небольших площадках, распределенных равномерно по небесной сфере (севернее склонения 30). По этим данным на всем небе более 20 млн. галактик ярче 21-й звездной величины.

Классификация. Встречаются галактики различных форм, размеров и светимостей; некоторые из них изолированные, но большинство имеет соседей или спутников, оказывающих на них гравитационное влияние. Как правило, галактики спокойны, но нередко встречаются и активные. В 1925 Хаббл предложил классификацию галактик, основанную на их внешнем виде. Позже ее уточняли Хаббл и Шепли, затем Сэндидж и наконец Вокулер. Все галактики в ней делятся на 4 типа: эллиптические, линзовидные, спиральные и неправильные.

Эллиптические (E ) галактики имеют на фотографиях форму эллипсов без резких границ и четких деталей. Их яркость возрастает к центру. Это вращающиеся эллипсоиды, состоящие из старых звезд; их видимая форма зависит от ориентации к лучу зрения наблюдателя. При наблюдении с ребра отношение длин короткой и длинной осей эллипса достигает  5/10 (обозначается E5 ).

Рис. 2. Эллиптическая галактика ESO 325-G004

Линзовидные (L или S 0) галактики похожи на эллиптические, но, кроме сфероидального компонента, имеют тонкий быстро вращающийся экваториальный диск, иногда с кольцеобразными структурами наподобие колец Сатурна. Наблюдаемые с ребра линзовидные галактики выглядят более сжатыми, чем эллиптические: отношение их осей достигает 2/10.

Рис. 2. Галактика Веретено (NGC 5866), линзообразная галактика в созвездии Дракон.

Спиральные (S ) галактики также состоят из двух компонентов – сфероидального и плоского, но с более или менее развитой спиральной структурой в диске. Вдоль последовательности подтипов Sa , Sb , Sc , Sd (от «ранних» спиралей к «поздним») спиральные рукава становятся толще, сложнее и менее закручены, а сфероид (центральная конденсация, или балдж ) уменьшается. У спиральных галактик, наблюдаемых с ребра, спиральные рукава не видны, но тип галактики можно установить по относительной яркости балджа и диска.

Рис. 2. Пример спиральной галактики, Галактика «Вертушка» (Pinwheel) (объект списка Мессье 101 или NGC 5457)

Неправильные (I ) галактики бывают двух основных видов: магелланового типа, т.е. типа Магеллановых Облаков, продолжающие последовательность спиралей от Sm до Im , и немагелланового типа I 0, имеющие хаотические темные пылевые полосы поверх сфероидальной или дисковой структуры типа линзовидной или ранней спиральной.

Рис. 2. NGC 1427A, пример неправильной галактики.

Типы L и S распадаются на два семейства и два вида в зависимости от наличия или отсутствия проходящей через центр и пересекающей диск линейной структуры (бар ), а также центральносимметричного кольца.

Рис. 2. Компьютерная модель галактики Млечный путь.

Рис. 1. NGC 1300, пример спиральной галактики с перемычкой.

Рис. 1. ТРЕХМЕРНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ГАЛАКТИК . Основные типы: E, L, S, I располагаются последовательно от E до Im ; семейства обычных A и пересеченных B ; вида s и r . Круглые диаграммы внизу – сечение главной конфигурации в области спиральных и линзовидных галактик.

Рис. 2. ОСНОВНЫЕ СЕМЕЙСТВА И ВИДЫ СПИРАЛЕЙ на сечении главной конфигурации в области Sb .

Существуют и другие схемы классификации галактик, основанные на более тонких морфологических деталях, но пока еще не развита объективная классификация, основанная на фотометрических, кинематических и радиоизмерениях.

Состав . Два структурных компонента – сфероид и диск – отражают различие в звездном населении галактик, открытое в 1944 немецким астрономом В.Бааде (1893–1960).

Население I , присутствующее в неправильных галактиках и в рукавах спиралей, содержит голубые гиганты и сверхгиганты спектральных классов O и B, красные сверхгиганты классов K и M, а также межзвездные газ и пыль с яркими областями ионизованного водорода. В нем присутствуют и маломассивные звезды главной последовательности, которые видны вблизи Солнца, но неразличимы в далеких галактиках.

Население II , присутствующее в эллиптических и линзовидных галактиках, а также в центральных областях спиралей и в шаровых скоплениях, содержит красные гиганты от класса G5 до K5, субгиганты и, вероятно, субкарлики; в нем встречаются планетарные туманности и наблюдаются вспышки новых (рис. 3). На рис. 4 показана связь между спектральными классами (или цветом) звезд и их светимостью у различных населений.

Рис. 3. ЗВЕЗДНЫЕ НАСЕЛЕНИЯ . На фотографии спиральной галактики Туманности Андромеды видно, что в ее диске сосредоточены голубые гиганты и сверхгиганты Населения I, а центральная часть состоит из красных звезд Населения II. Видны также спутники Туманности Андромеды: галактика NGC 205 (внизу ) и М 32 (вверху слева ). Самые яркие звезды на этом фото принадлежат нашей Галактике.

Рис. 4. ДИАГРАММА ГЕРЦШПРУНГА – РЕССЕЛА , на которой видна связь между спектральным классом (или цветом) и светимостью у звезд разного типа. I: молодые звезды Населения I, типичные для спиральных рукавов. II: состарившиеся звезды Населения I; III: старые звезды Населения II, типичные для шаровых скоплений и эллиптических галактик.

Первоначально считалось, что эллиптические галактики содержат только Население II, а неправильные – только Население I. Однако выяснилось, что обычно галактики содержат смесь двух звездных населений в разных пропорциях. Детальный анализ населений возможен только для нескольких близких галактик, но измерения цвета и спектра далеких систем показывают, что различие их звездных населений может быть значительнее, чем думал Бааде.

Расстояние . Измерение расстояний до далеких галактик основано на абсолютной шкале расстояний до звезд нашей Галактики. Ее устанавливают несколькими методами. Наиболее фундаментальный – метод тригонометрических параллаксов, действующий до расстояний в 300 св. лет. Остальные методы косвенные и статистические; они основаны на изучении собственных движений, лучевых скоростей, блеска, цвета и спектра звезд. На их основе определяют абсолютные величины Новых и переменных типа RR Лиры и  Цефея, которые становятся первичными индикаторами расстояния до ближайших галактик, где они видны. Шаровые скопления, ярчайшие звезды и эмиссионные туманности этих галактик становятся вторичными индикаторами и дают возможность определять расстояния до более далеких галактик. Наконец, в качестве третичных индикаторов используются диаметры и светимости самих галактик. В качестве меры расстояния астрономы обычно используют разность между видимой звездной величиной объекта m и его абсолютной звездной величиной M ; эту величину (m – M ) называют «видимым модулем расстояния». Чтобы узнать истинное расстояние, его необходимо исправить с учетом поглощения света межзвездной пылью. При этом ошибка обычно достигает 10–20%.

Внегалактическая шкала расстояний время от времени пересматривается, а значит, меняются и прочие параметры галактик, зависящие от расстояния. В табл. 1 приведены наиболее точные на сегодня расстояния до ближайших групп галактик. До более далеких галактик, удаленных на миллиарды световых лет, расстояния оцениваются с невысокой точностью по их красному смещению (см. ниже : Природа красного смещения).

Таблица 1. РАССТОЯНИЯ ДО БЛИЖАЙШИХ ГАЛАКТИК,ИХ ГРУПП И СКОПЛЕНИЙ
Галактика или группа	Видимый модуль расстояния (m – M )	Расстояние, млн. св. лет
Большое Магелланово Облако
Малое Магелланово Облако
Группа Андромеды (М 31)
Группа Скульптора
Группа Б. Медведицы (М 81)
Скопление в Деве
Скопление в Печи

Светимость. Измерение поверхностной яркости галактики дает полную светимость ее звезд на единицу площади. Изменение поверхностной светимости с расстоянием от центра характеризует структуру галактики. Эллиптические системы, как наиболее правильные и симметричные, изучены подробнее других; в целом они описываются единым законом светимости (рис. 5,а ):

Рис. 5. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СВЕТИМОСТИ У ГАЛАКТИК . а – эллиптические галактики (изображен логарифм поверхностной яркости в зависимости от корня четвертой степени из приведенного радиуса (r/r e) 1/4 , где r – расстояние от центра, а r e – эффективный радиус, внутри которого заключена половина полной светимости галактики); б – линзовидная галактика NGC 1553; в – три нормальные спиральные галактики (внешняя часть у каждой из линий прямая, что указывает на экспоненциальную зависимость светимости от расстояния).

Данные о линзовидных системах не так полны. Их профили светимости (рис. 5,б ) отличаются от профилей эллиптических галактик и имеют три основных участка: ядро, линзу и оболочку. Эти системы выглядят как промежуточные между эллиптическими и спиральными.

Спирали очень разнообразны, структура их сложна, и нет единого закона для распределения их светимости. Впрочем, похоже, что у простых спиралей вдали от ядра поверхностная светимость диска спадает к периферии экспоненциально. Измерения показывают, что светимость спиральных рукавов не так велика, как это кажется при рассматривании фотографий галактик. Рукава добавляют не более 20% к светимости диска в голубых лучах и значительно меньше в красных. Вклад в светимость от балджа уменьшается от Sa к Sd (рис. 5,в ).

Измерив видимую звездную величину галактики m и определив ее модуль расстояния (m – M ), вычисляют абсолютную величину M . У самых ярких галактик, исключая квазары, M  22, т.е. их светимость почти в 100 млрд. раз больше, чем у Солнца. А у самых маленьких галактик M 10, т.е. светимость ок. 10 6 солнечной. Распределение числа галактик по M , называемое «функцией светимости», – важная характеристика галактического населения Вселенной, но аккуратно определить ее нелегко.

Для галактик, отобранных до некоторой предельной видимой величины, функция светимости каждого типа в отдельности от E до Sc почти гауссова (колоколообразная) со средней абсолютной величиной в голубых лучах M m = 18,5 и дисперсией  0,8 (рис. 6). Но галактики поздних типов от Sd до Im и эллиптические карлики слабее.

У полной выборки галактик в заданном объеме пространства, например в скоплении, функция светимости круто растет с уменьшением светимости, т.е. количество карликовых галактик во много раз превосходит количество гигантских

Рис. 6. ФУНКЦИЯ СВЕТИМОСТИ ГАЛАКТИК . а – выборка ярче некоторой предельной видимой величины; б – полная выборка в определенном большом объеме пространства. Обратите внимание на подавляющее количество карликовых систем с M B < -16.

Размер . Поскольку звездная плотность и светимость у галактик постепенно спадают наружу, вопрос об их размере фактически упирается в возможности телескопа, в его способность выделить слабое свечение внешних областей галактики на фоне свечения ночного неба. Современная техника позволяет регистрировать области галактик с яркостью менее 1% от яркости неба; это примерно в миллион раз ниже яркости ядер галактик. По этой изофоте (линии одинаковой яркости) диаметры галактик составляют от нескольких тысяч световых лет у карликовых систем до сотен тысяч – у гигантских. Как правило, диаметры галактик хорошо коррелируют с их абсолютной светимостью.

Спектральный класс и цвет. Первая спектрограмма галактики – Туманности Андромеды, полученная в Потсдамской обсерватории в 1899 Ю.Шейнером (1858–1913), своими линиями поглощения напоминает спектр Солнца. Массовое исследование спектров галактик началось с создания «быстрых» спектрографов с низкой дисперсией (200–400 /мм); позже применение электронных усилителей яркости изображения позволило повысить дисперсию до 20–100/мм. Наблюдения Моргана на Йеркской обсерватории показали, что, несмотря на сложный звездный состав галактик, их спектры обычно близки к спектрам звезд определенного класса отA до K , причем есть заметная корреляция между спектром и морфологическим типом галактики. Как правило, спектр класса A имеют неправильные галактики Im и спирали Sm и Sd . Спектры класса A–F у спиралей Sd и Sc . Переход от Sc к Sb сопровождается изменением спектра от F к F–G , а спирали Sb и Sa , линзовидные и эллиптические системы имеют спектры G и K . Правда, позже выяснилось, что излучение галактик спектрального класса A в действительности состоит из смеси света звезд-гигантов спектральных классов B и K .

Кроме линий поглощения, у многих галактик видны линии излучения, как у эмиссионных туманностей Млечного Пути. Обычно это линии водорода бальмеровской серии, например, H  на  6563 , дублеты ионизованных азота (N II) на 6548 и 6583 и серы (S II) на  6717 и 6731, ионизованного кислорода (O II) на  3726 и 3729 и дважды ионизованного кислорода (O III) на  4959 и 5007. Интенсивность эмиссионных линий обычно коррелирует с количеством газа и звезд-сверхгигантов в дисках галактик: эти линии отсутствуют или очень слабы у эллиптических и линзовидных галактик, но усиливаются у спиральных и неправильных – от Sa к Im . К тому же интенсивность эмиссионных линий элементов тяжелее водорода (N, O, S) и, вероятно, относительное содержание этих элементов уменьшаются от ядра к периферии дисковых галактик. У некоторых галактик необычайно сильны эмиссионные линии в ядрах. В 1943 К.Сейферт открыл особый тип галактик с очень широкими линиями водорода в ядрах, указывающими на их высокую активность. Светимость этих ядер и их спектры меняются со временем. В целом ядра сейфертовских галактик похожи на квазары, хотя не так мощны.

Вдоль морфологической последовательности галактик изменяется интегральный показатель их цвета (B – V ), т.е. разность между звездной величиной галактики в голубых B и желтых V лучах. Средний показатель цвета основных типов галактик таков:

В этой шкале 0,0 соответствует белому цвету, 0,5 – желтоватому, 1,0 – красноватому.

При детальной фотометрии обычно выясняется, что цвет галактики меняется от ядра к краю, что указывает на изменение звездного состава. Большинство галактик голубее во внешних областях, чем в ядре; у спиралей это проявляется гораздо заметнее, чем у эллиптических, поскольку в их дисках много молодых голубых звезд. Неправильные галактики, обычно лишенные ядра, нередко бывают в центре голубее, чем на краю.

Вращение и масса. Вращение галактики вокруг оси, проходящей через центр, приводит к изменению длины волны линий в ее спектре: линии от приближающихся к нам областей галактики смещаются в фиолетовую часть спектра, а от удаляющихся – в красную (рис. 7). По формуле Доплера, относительное изменение длины волны линии составляет  / = V r /c , где c – скорость света, а V r – лучевая скорость, т.е. компонента скорости источника вдоль луча зрения. Периоды обращения звезд вокруг центров галактик составляют сотни миллионов лет, а скорости их орбитального движения достигают 300 км/с. Обычно скорость вращения диска достигает максимального значения (V M ) на некотором расстоянии от центра (r M ), а затем уменьшается (рис. 8). У нашей Галактики V M = 230 км/с на расстоянии r M = 40 тыс. св. лет от центра:

Рис. 7. СПЕКТРАЛЬНЫЕ ЛИНИИ ГАЛАКТИКИ , вращающейся вокруг оси N , при ориентации щели спектрографа вдоль оси ab . Линия от удаляющегося края галактики (b ) отклонена в красную сторону (R), а от приближающегося края (a ) – в ультрафиолетовую (UV).

Рис. 8. КРИВАЯ ВРАЩЕНИЯ ГАЛАКТИКИ . Скорость вращения V r достигает максимального значения V M на расстоянии R M от центра галактики, а затем медленно уменьшается.

Линии поглощения и линии излучения в спектрах галактик имеют одинаковую форму, следовательно, звезды и газ в диске вращаются с одинаковой скоростью в одном направлении. Когда по расположению темных пылевых полос в диске удается понять, какой край галактики расположен к нам ближе, мы можем выяснить направление закрученности спиральных рукавов: во всех изученных галактиках они отстающие, т.е., удаляясь от центра, рукав загибается в сторону, обратную направлению вращения.

Анализ кривой вращения позволяет определить массу галактики. В простейшем случае, приравняв силу гравитации к центробежной силе, получим массу галактики внутри орбиты звезды: M = rV r 2 /G , где G – постоянная тяготения. Анализ движения периферийных звезд позволяет оценить полную массу. У нашей Галактики масса ок. 210 11 солнечных масс, у Туманности Андромеды 410 11 , у Большого Магелланова Облака – 1510 9 . Массы дисковых галактик приблизительно пропорциональны их светимости (L ), поэтому отношение M/L у них почти одинаковое и для светимости в голубых лучах равное M/L  5 в единицах массы и светимости Солнца.

Массу сфероидальной галактики можно оценить таким же образом, взяв вместо скорости вращения диска скорость хаотического движения звезд в галактике ( v ), которую измеряют по ширине спектральных линий и называют дисперсией скоростей: M  R  v 2 /G , где R – радиус галактики (теорема вириала). Дисперсия скоростей звезд у эллиптических галактик обычно от 50 до 300 км/с, а массы от 10 9 солнечных масс у карликовых систем до 10 12 у гигантских.

Радиоизлучение Млечного Пути было открыто К.Янским в 1931. Первую радиокарту Млечного Пути получил Г.Ребер в 1945. Это излучение приходит в широком диапазоне длин волн  или частот  = c / , от нескольких мегагерц (  100 м) до десятков гигагерц (  1 см), и называется «непрерывным». За него ответственны несколько физических процессов, важнейший из которых – синхротронное излучение межзвездных электронов, движущихся почти со скоростью света в слабом межзвездном магнитном поле. В 1950 непрерывное излучение на волне 1,9 м было обнаружено Р.Брауном и К.Хазардом (Джодрелл-Бэнк, Англия) от Туманности Андромеды, а затем и от многих других галактик. Нормальные галактики, как наша или М 31, – слабые источники радиоволн. Они излучают в радиодиапазоне едва ли одну миллионную часть своей оптической мощности. Но у некоторых необычных галактик это излучение гораздо сильнее. У ближайших «радиогалактик» Дева А (M 87), Кентавр А (NGC 5128) и Персей А (NGC 1275) радиосветимость составляет 10 –4 10 –3 от оптической. А у редких объектов, таких, как радиогалактика Лебедь А, это отношение близко к единице. Лишь через несколько лет после открытия этого мощного радиоисточника удалось отыскать слабую галактику, связанную с ним. Множество слабых радиоисточников, вероятно, связанных с далекими галактиками, до сих пор не отождествлено с оптическими объектами.