Морозов Александр Гавриилович (moralg) wrote,
Морозов Александр Гавриилович
moralg

Category:

Зоология галактик.

Галактики – это звездно-газовые системы с массами от миллионов до триллионов масс Солнца. Размерами до сотен тысяч световых лет. Образовываться они начали, судя по всему, через несколько сот миллионов лет после рождения Вселенной. Когда пространственные масштабы и амплитуды флуктуаций плотности в заполняющем Вселенную нейтральном водородно-гелиевом газе выросли настолько, что давление в масштабах таких флуктуаций перестало сдерживать силы гравитации, сжимающие эти флуктуации в гигантские газовые облака.
      Какой же зверинец получился в результате такого процесса?

Пространственные масштабы и формы обособляющихся таким образом газовых облаков существенно различались. Различались и моменты их импульса и обусловленные ими угловые скорости их вращения. В связи с чем типы возникающих галактик оказались весьма разнообразными.

Любая зоология содержит некую схему-классификацию описываемых ею объектов. Наиболее распространенной и практически общепринятой является разработанная в конце 1920-х камертонная схема Хаббла. Графически она имеет такой вид:

1. Сферические и эллиптические галактики.

Этот тип галактик представлен практически не вращающимися сферически симметричными и слабовращающимися эллипсоидальными скоплениями звезд. Газа в этих галактиках осталось мало – он был почти весь израсходован на создание звезд на ранних стадиях эволюции таких галактик. Звезды в них практически все старые и их возраст порядка 1010 лет. То есть, совпадает с возрастом самой галактики. Каких либо явных структурных особенностей у сферических и эллиптических галактик нет. Примером может служить галактика М87:


Все это означает, что такие галактики образовывались из газовых облаков, обладающих достаточно малым моментом импульса. Образующиеся при сжатии и фрагментации такого облака звезды обретали орбиты, весьма близкие по форме к весьма вытянутым эллипсам, в одном из фокусов которых находился центр галактики. Последнее обстоятельство способствовало достаточно быстрому набору массы центральной сверхмассивной черной дырой (СМЧД) такой галактики. Так, довольно близкая к нам (~ 50 млн. св. лет от нас) гигантская сферическая галактика М87 имеет СМЧД массой в 5-6 млрд. Msun, тогда как в нашей ненамного меньшей спиральной галактике "Млечный путь" масса центральной СМЧД на три порядка меньше.

Красивый пример работы такой СМЧД приведен ниже на снимке сверхгигантской эллиптической галактики ЗС 348 со СМЧД массой несколько млрд. Msun (сама галактика - белое пятнышко посреди снимка), из аккреционного диска которой вырываются с близкой к световой скоростью джеты плазмы, видимые в радиодиапазоне и изображенные на снимке розовой гантелей, длина которой ~ 2 млн. св. лет.



Индексы I = 1,...,7 в обозначениях эллиптических галактик характеризуют степень сплюснутости их видимых эллипсоидов (Е0 - сферические галактики). Так, если b – малая полуось, а а – большая полуось видимого эллипса галактики, то I = 10×(1 – b/а). Например, у Е4 отношение полуосей b/а = 0,6.

Массы сферических и эллиптических галактик варьируются в весьма широких пределах – от сотен тысяч Msun (их обычно называют шаровыми скоплениями звезд) до десятка триллионов Msun (так, масса М87 ~ 3 трлн. Msun).


2. Спиральные галактики.

Линзовидные галактики S0 считаются переходным типом между эллиптическими и спиральными галактиками. Они выглядят как предельно сплющенные эллиптические галактики. В их дисковой компоненте газа заметно больше, чем в эллиптических галактиках, но существенно меньше, чем в спиральных. И мало молодых звезд. Очевидно, что линзовидные и спиральные галактики образовывались из газовых облаков, обладающих довольно приличным по величине моментом импульса. Из-за чего они гораздо быстрее сжимались вдоль оси вращения облака, чем поперек этой оси.

Спиральные же галактики обычно состоят из двух подсистем – диска и сфероидального балджа (гало). Относительная (к массе диска) масса балджа убывает в ряду типов Sa => Sb => Sc. В балджах почти нет газа и по своей структуре они близки к эллиптическим галактикам. А в дисках спиральных галактик доля газа по массе весьма существенна – порядка 5–10 % от массы звезд дисков этих галактик. Но есть и галактики со значительно большей долей газа. Вещество дисков таких галактик (звезды и газово-пылевые облака) вращается вокруг центра галактик дифференцированно – его угловая скорость Ω за пределами центральной части балджа падает с расстоянием от центра. В большинстве дисков, как правило, Ω ~ 1/r, Vrot ~ const.

В дисках таких галактик довольно четко видны спирали. Особенно в молодых звездах, образовавшихся совсем недавно из газово-пылевых облаков. Эти спирали – не просто скопления звезд и газа, вращающиеся с той же угловой скоростью, что и газово-пылевые облака. Ибо, если бы они вращались с той же угловой скоростью, что и вещество диска, то мы бы видели спирали со многими десятками витков (как бороздки на граммофонной пластинке). Обычно же спирали прослеживаются не более чем на полтора-два витка вокруг центра диска галактики.

Последнее означает, что спирали – суть волны плотности газа в дисках плоских галактик. Эти волны вращаются твердотельно (Ω ~ const) – с практически независящей от расстояния от центра галактики угловой скоростью. В этих волнах плотность газа может быть в несколько раз больше плотности газа между спиралями. Из-за чего такие волны генерируют совпадающие с ними спиральные гравитационные ямы-желоба.

Из-за несовпадения угловых скоростей части вещества (газа) и спиральных гравитационных желобов газ в них уплотняется в несколько раз и в нем начинают рождаться молодые звезды. Чаще всего в форме звездных скоплений. Со временем рассеивающихся. Светом молодых звезд и объясняется повышенная яркость спиральных рукавов галактик. Старые звезды диска почти не концентрируются к спиральным рукавам. Пример – М101:


      Это снимок галактики, которую мы видим "плашмя". А с ребра они выглядят так (NGC 4565):

Спиральные галактики делят на просто спиральные S, у которых спирали отходят от осесимметричной центральной части (как у М101), и спиральные галактики с баром SB, у которых спирали отходят от концов бара (перемычки). По сути бары (перемычки) представляют собой вращающиеся трехосные эллипсоиды из звезд. Пример – NGC 1300:


О механизме генерации спиралей в дисках галактик единого устоявшегося мнения нет. В отношении SB-галактик преобладает мнение о "виновности" бара в возбуждении спирального узора. И эта виновность очевидна, если бар достаточно мощен. Как в приведенном выше примере галактики NGC 1300. В галактиках с малым баром такая виновность подвергается серьезному сомнению.

В отношении галактик без бара таким механизмом может быть наблюдающийся в ряде галактик резкий перепад скорости вращения газа в окрестности границ центральной части балджа (механизм, похожий на механизм возбуждения ветровых волн на воде). Такая возможность была обоснована теоретически в конце 1970-х автором этого журнала и подтверждена в модельных экспериментах на "мелкой воде" в институте им. Курчатова в начале 1980-х.

3. Иррегулярные галактики.

Как правило, галактики этого типа маломассивны и бесформенны. В них много газа – до 30-50% от массы звезд. Примерами ранее назывались видимые в южном небе Малое и Большое Магеллановы облака – галактики-спутники нашей галактики "Млечный путь". Но в последнее время их относят к отдельному классу. Реальным примером иррегулярных галактик может служить NGC 1427А:

Галактики, как правило кучкуются в группы и скопления. И их взаимодействие в таких структурах рисует порой завораживающие картины. Что вполне заслуживает отдельного эскиза.

Tags: Эскизы космоса
Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Зоология космических телескопов.

    "Кормовая база" земных телескопов довольно узка - они могут видеть объекты в оптической части спектра электромагнитных волн, близких к…

  • Как побороть русских хакеров?

    Увидел у a_nalgin любопытную картинку, характеризующую результаты выборов в ГД по одномандатным округам Москвы: Разумеется, такой…

  • Либералы мы. И демократы. Но ...

    Российская власть триумфально провела очередные выборы в Госдуму. И даже впустила в ГД новоржденного младенца - Новых людей. Вполне либеральный и…

promo moralg march 5, 2018 03:01 46
Buy for 30 tokens
Многие из нас вздрагивают, когда дорогу нам перебегает черная кошка. Но неприятных последствий обычно не возникает и мы быстро забываем о ней. Но два дня назад на северо-восток США обрушилась очередная буря и совершила совсем не очередное действо - сломала дерево, которое 227 лет назад посадил…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 7 comments