Спіральні галактики. Космос, всесвіт. Галактики всесвіту
У 1845 році англійським астрономом лордом Россом був виявлений цілий клас туманностей спірального типу. Їх природу встановили тільки на початку двадцятого століття. Вченими було доведено, що дані туманності є величезними зоряними системами, схожими на нашу Галактику, проте вони віддалені від неї на багато мільйонів світлових років.
Содержание
Загальна інформація
Спіральні галактики (фото, наведені в цій статті, демонструють особливості їх структури) своїм зовнішнім виглядом нагадують пару складених разом тарілок або двоопуклоюлінзу. У них можна виявити як масивний зоряний диск, так і гало. Центральну частину, яка візуально нагадує здуття, прийнято називати балджем. А темну смугу (непрозору прошарок міжзоряного середовища), що йде вздовж диска, називають міжзоряним пилом.
Спіральні галактики прийнято позначати літерою S. Крім того, їх прийнято ділити за ступенем структури. Для цього до основного символу додають літери a, b або c. Так, Sa відповідає галактиці з відсталою спіральною структурою, проте з великим ядром. Третій клас - Sc - відноситься до протилежних об`єктів, зі слабким ядром і потужними спіральними гілками. У деяких зоряних систем в центральній частині може перебувати перемичка, яку прийнято називати баром. В такому випадку до позначення додається символ В. Наша Галактика належить до проміжного типу, без перемички.
Яким чином сформувалися спіральні дискові структури?
Плоскі дископодібні форми пояснюють обертанням зоряних скупчень. Існує гіпотеза, що в процесі утворення галактики відцентрова сила перешкоджає стисненню так званого протогалактіческіх хмари в перпендикулярному напрямку до осі обертання. Також слід знати, що характер руху газів і зірок усередині туманностей неоднаковий: дифузні скупчення обертаються швидше, ніж старі зірки. Наприклад, якщо характерна швидкість обертання газу становить 150-500 км / с, то зірка гало буде завжди рухатися повільніше. А балджі, що складаються з таких об`єктів, матимуть швидкість в три рази нижче, ніж диски.
Зоряний газ
Мільярди зоряних систем, що рухаються по своїх орбітах всередині галактик, можна розглядати в якості сукупності частинок, які утворюють свого роду зоряний газ. І що найцікавіше, його властивості дуже близькі до звичайного газу. До нього можна застосовувати такі поняття, як "концентрація частинок", "густина", "тиск", "температура". Аналогом останнього параметра тут є усереднена енергія "хаотичного" руху зірок. Під обертових дисках, утворених зоряним газом, можуть поширюватися хвилі спірального типу щільності розрідження-стиснення, близькі до звуковим. Вони здатні оббігати галактику з постійною кутовий швидкістю протягом декількох сотень мільйонів років. Саме вони відповідають за освіту спіральних гілок. У той момент, коли відбувається стиснення газу, починається процес формування холодних хмар, що приводить до активного зореутворення.
Це цікаво
У гало і в еліптичних системах газ є динамічним, тобто гарячим. Відповідно рух зірок в галактиці такого типу має хаотичний характер. В результаті середнє розходження між їх швидкостями у просторово близьких об`єктів становить кілька сотень кілометрів на секунду (дисперсія швидкостей). Для зіркових газів дисперсія швидкості зазвичай становить 10-50 км / с, відповідно їх "градус" є помітно холодним. Вважається, що причина цієї відмінності криється в ті далекі часи (більше десяти мільярдів років тому), коли галактики Всесвіту тільки починали формуватися. Першими з них утворилися сферичні компоненти.
Спіральними хвилями називають хвилі щільності, які біжать по диска, що обертається. В результаті всі зірки галактики такого типу то як би витісняються всередину їх гілок, то виходять звідти. Єдине місце, де швидкість спіральних рукавів і зірок збігається, - це так звана коротаціонная окружність. Між іншим, саме в такому місці знаходиться Сонце. Для нашої планети ця обставина дуже сприятливо: Земля існує в відносно тихому місці галактики, в результаті протягом багатьох мільярдів років вона не відчуває особливого впливу катаклізмів галактичного масштабу.
Особливості спіральних галактик
На відміну від еліптичних утворень, кожна галактика (приклади можна подивитися на фото, представлених в статті) має свій неповторний колорит. Якщо перший тип асоціюється зі спокоєм, стаціонарністю, стабільністю, то другий тип - це динаміка, вихори, обертання. Може бути, саме тому астрономи говорять, що космос (Всесвіт) "шалений". Будова галактики спірального типу включає в себе центральне ядро, з якого виходять гарні рукави (гілки). Вони за межами свого зоряного скупчення поступово втрачають обриси. Такий зовнішній вигляд не може не асоціюватися з потужним, стрімким рухом. Спіральні галактики характеризуються різноманіттям форм, а також малюнків їх гілок.
Яким чином класифікують галактики
Незважаючи на таке різноманіття, вчені змогли класифікувати всі відомі спіральні галактики. В якості основного параметра вирішили використовувати ступінь розвитку рукавів і розмір їх ядра, а рівень стислості за непотрібністю відійшов на другий план.
Sa
Едвін П. Хаббл відвів до класу Sa ті спіральні галактики, які мають слаборозвиненими гілками. Такі скупчення завжди мають ядра великого розміру. Найчастіше центр галактики даного класу становить половину розміру всього скупчення. Ці об`єкти характеризуються найменшою виразністю. Їх можна навіть порівняти з еліптичними зоряними скупченнями. Найчастіше спіральні галактики Всесвіту мають два рукави. Розташовані вони на протилежних краях ядра. Розкручуються гілки симетричним, подібним чином. У міру віддалення від центру яскравість гілок знижується, а на певній відстані вони і зовсім перестають бути видимими, губляться в периферійних областях скупчення. Однак зустрічаються об`єкти, у яких не два, а більшу кількість рукавів. Правда, така будова галактики досить рідкісне. Ще рідше можна зустріти несиметричні туманності, коли одна гілка розвинена сильніше, ніж інша.
Sb і Sc
Підклас Sb за класифікацією Едвіна П. Хаббла має помітно більш розвинені рукава, однак у них немає багатих розгалужень. Ядра помітно менше, ніж у першого виду. До третього підкласу (Sc) спіральних зоряних скупчень відносяться об`єкти з сильно розвиненими гілками, а ось центр у них відносно малий.
Чи можливо переродження?
Вчені встановили, що структура спіралі є результатом нестійкого руху зірок, що виникає внаслідок сильного стиснення. Крім того, необхідно відзначити, що в рукавах зосереджуються, як правило, гарячі гіганти і там же скупчуються головні маси дифузійної матерії - міжзоряного пилу і міжзоряного газу. Це явище можна розглянути і з іншого боку. Не викликає жодного сумніву, що дуже стислий зоряне скупчення в процесі своєї еволюції вже не зможе втратити свою ступінь стислості. Значить, і протилежний перехід теж неможливий. В результаті робимо висновок, що еліптичні галактики не зможуть перетворитися в спіральну, і навпаки, адже так влаштований космос (Всесвіт). Іншими словами, зоряні скупчення цих двох типів являють собою не дві різні стадії єдиного еволюційного розвитку, а зовсім різні системи. Кожен такий тип є прикладом протилежних еволюційних шляхів, обумовлених різним коефіцієнтом стиснення. А ця характеристика, в свою чергу, залежить від різниці обертання галактик. Наприклад, якщо в ході свого формування зоряна система отримує достатню кількість обертання, то вона зможе прийняти стислу форму, і у неї розвинуться спіральні рукави. Якщо ступінь обертання буде недостатньою, то галактика виявиться менш стислій, і гілки у неї не утворюються - це буде класична еліптична форма.
У чому ще полягають відмінності
Між еліптичними і спіральними зоряними системами існують і інші відмінності. Так, перший тип галактики, що має низький рівень стиснення, характеризується малою кількістю (або повною відсутністю) дифузійної матерії. У той же час спіральні скупчення, що мають високий рівень стиснення, містять в собі і газові, і пилові частинки. Дана відмінність вчені пояснюють наступним чином. Порошинки і частинки газу при своєму русі періодично стикаються. Цей процес є неупругим. Після зіткнення частинки втрачають частину своєї енергії, і як наслідок, поступово осідають в тих місцях зоряної системи, де є найменша потенціальна енергія.
Сильно стислі системи
Якщо описаний вище процес відбувається в сильно стислій зоряній системі, то дифузна матерія повинна осісти на основну площину галактики, адже саме тут рівень потенційної енергії є найменшим. Сюди ж і збираються газові і пилові частинки. Далі дифузна матерія починає свій рух у основний площині зоряного скупчення. Переміщаються частинки практично паралельно по кругових орбітах. В результаті зіткнення тут досить рідкісні. Якщо ж вони і відбуваються, то енергетичні втрати при цьому незначні. З цього випливає, що матерія далі до центру галактики не рухається, де потенційна енергія має ще менший рівень.
Слабо стислі системи
Тепер розглянемо, як веде себе еліпсоїдна галактика. Зоряна система такого типу відрізняється зовсім іншим розвитком даного процесу. Тут головна площину зовсім не є яскраво вираженою областю з малим рівнем потенційної енергії. Сильне зниження цього параметра відбувається тільки в центральному напрямі зоряного скупчення. А це значить, що міжзоряні пил і газ будуть притягатися до центру галактики. Як наслідок, щільність дифузійної матерії тут буде дуже висока, набагато більше, ніж при плоскому розсіюванні в спіральної системі. Присутні в центрі скупчення частинки пилу і газу під дією сили тяжіння почнуть стискуватися, тим самим сформується мала за розмірами зона щільної речовини. Вчені припускають, що з даної матерії в подальшому починають формуватися нові зірки. Важливим тут є інше - мале за своїми розмірами хмара газу і пилу, що знаходиться в ядрі слабо стислій галактики, не дозволяє себе виявити в процесі спостереження.
проміжні стадії
Ми розглянули два основних типи зоряних скупчень - зі слабким і з сильним рівнем стиснення. Однак існують і проміжні стадії, коли стиснення системи знаходиться між цими параметрами. У таких галактик ця характеристика є недостатньо сильною для того, щоб дифузна матерія зібралася вздовж всієї основної площини скупчення. І в той же час вона недостатньо слабка і для того, щоб частинки газу і пилу сконцентрувалися в районі ядра. У таких галактиках дифузна матерія збирається в невелику площину, яка збирається навколо ядра зоряного скупчення.
Галактики з перемичками
Відомий ще один підтип спіральних галактик - це зоряне скупчення з перемичкою. Його особливість полягає в наступному. Якщо у звичайній спіральної системи рукава виходять безпосередньо з дископодібного ядра, то у даного типу центр розташовується в середині прямої перемички. А гілки такого скупчення починаються з кінців даного відрізка. Ще їх прийнято називати галактиками пересічених спіралей. Між іншим, фізична природа даної перемички досі залишається невідомою.
Крім того, вченим вдалося виявити ще один вид зоряних скупчень. Вони характеризуються ядром, як і у спіральних галактик, однак рукавів у них немає. Наявність ядра говорить про сильному стисненні, але всі інші параметри нагадують еліпсоїдні системи. Такі скупчення отримали назву сочевицеподібних. Вчені припускають, що ці туманності утворюються в результаті втрати спіральною галактикою своєї дифузійної матерії.
