Классификация галактик

Первую классификацию галактик разработал Эдвин Пауэл Хаббл, американский астроном в далёком 1926 г. Классификация оказалась столь удачной, что с незначительными изменениями, сделанными самим Хабблом в 1936 г. (добавлены линзовидные галактики), используется астрономами всего мира и сегодня.

Классификацию галактик, предложенную Хабблом, часто называют камертонной, так как последовательность расположения в ней типов галактик напоминает вилку камертона.

По этой классификации галактики объединяются в пять основных типов:

— эллиптические (Е);

— линзообразные (S0);

— спиральные (S);

— пересеченные спиральные или спиральные галактики с перемычкой (SB);

— неправильные (Irr).

Эллиптические галактики (тип Е) составляют 13% от общего числа галактик. Они выглядят как нерезкий круг или эллипс, яркость которого быстро уменьшается от центра к периферии. Полагают, что в центре ярких эллиптических галактик находится массивная черная дыра. Размеры галактик колеблются от от десятых частей до более 100 кпк. Масса может достигать 10¹³ ¤.

По форме эллиптические галактики очень разнообразны: бывают как шаровые, так и очень сплюснутые. В связи с этим они подразделены на 8 подклассов — от Е0 (шаровая форма, сжатие отсутствует) до Е7 (наибольшее сжатие). Размеры больших a и малых b осей эллиптических галактик измеряют по фотографиям и по ним определяют сжатие галактик:

Это наиболее простые по структуре галактики. Состоят, преимущественно, из звёзд следующих типов: старых красных и желтых гигантов, красных, желтых и белых карликов. Образование звезд в галактиках этого типа не идет уже несколько миллиардов лет. Холодного газа, как и космической пыли почти нет; наиболее массивные галактики заполнены очень разреженным горячим газом с температурой более 1 000 000 К, поэтому цвет этих галактик красноватый. Вращение обнаружено лишь у наиболее сжатых из эллиптических галактик.

Примерами эллиптических галактик служат галактики M32, M87 и M110.

Спиральные галактики — самый многочисленный тип — составляют около 50 % всех наблюдаемых галактик. Чаще всего наблюдаются за пределами скоплений галактик. Большая часть звёзд галактики занимает линзообразный объём (галактический диск). На галактическом диске заметен спиральный узор из двух или более закрученных в одну сторону ветвей или рукавов, выходящих из центра галактики. Различаются два типа спиралей. У одних, обозначаемых SA или S, спиральные ветви выходят непосредственно из центрального уплотнения. У других они начинаются у концов продолговатого образования, в центре которого находится овальное уплотнение. Создаётся впечатление, что две спиральные ветви соединены перемычкой, почему такие галактики и называются пересеченными спиралями; они обозначаются символом SB.

Спиральные галактики различаются степенью развитости своей спиральной структуры, что в классификации отмечается добавлением к символам S (или SA) и SB букв а, b,с.

У галактик Sa и SBa основное число звёзд сосредоточено в центральном сгущении, а спиральные ветви слабо выражены, или даже только намечаются. У галактик Sb и SBb ветви достаточно развиты. В галактиках Sc и SBc основное число звёзд содержится в сильно развитых и часто разбросанных ветвях, а центральное сгущение имеет небольшие размеры.

Рукава спиральных галактик имеют голубоватый цвет, так как в них присутствует много молодых гигантских звёзд. Эти звёзды возбуждают свечение диффузных газовых туманностей, разбросанных вместе с пылевыми облаками вдоль спиральных ветвей. Цвет центральных сгущений — красновато-жёлтый, свидетельствующий о том, что они состоят в основном из звёзд спектральных классов G, K и M. Все спиральные галактики вращаются со значительными скоростями, поэтому звёзды, пыль и газы сосредоточены у них в узком диске. Вращение в подавляющем большинстве случаев происходит в сторону закручивания спиральных ветвей.

Обилие газовых и пылевых облаков и присутствие ярких голубых гигантов спектральных классов О и В говорит об активных процессах звёздообразования, происходящих в спиральных рукавах этих галактик.

Диск спиральных галактик погружён в разреженное слабосветящееся облако звёзд — гало. Гало состоит из молодых звезд «Населения II», образующих многочисленные шаровые скопления.

В некоторых галактиках центральная часть имеет шарообразную форму и ярко светится. Эта часть называется балдж (от англ. bulge — утолщение, вздутие). Балдж состоит из старых звезд «Населения II» и, часто, сверхмассивной черной дыры в центре. У других галактик в центральной части располагается "звёздная перемычка" — бар. В некоторых ядрах помимо звёзд наблюдается яркий звёздоподобный источник в центре и светящийся газ, движущийся со скоростью тысячи километров в секунду.

Такие галактики получили название галактик с активными ядрами, или сейфертовских (по имени открывшего их в 1943 г. американского астронома К. Сейферта).

Сейфертовские галактики относятся к спиральным звёздным системам с баром. Они составляют примерно один процент от общего числа спиральных галактик. Формы проявления активности могут быть самыми разнообразными. Это может быть очень большая мощность излучения в оптической, рентгеновской или инфракрасной области спектра. Мощность рентгеновского излучения достигает 10⁴² эрг/сек, что превышает мощность излучения всей галактики в видимой области спектра. Иногда наблюдается быстрое движение газа (вплоть до 8500 км/сек), причём газ образует длинные прямолинейные выбросы.

Активные ядра характеризуются очень большой светимостью во всем диапазоне электромагнитного спектра. На их долю приходится несколько десятков процентов общей светимости сейфертовских галактик, причём добрую половину составляет излучение в спектральных линиях. Что служит источником энергии для такой бурной активности — до сих пор точно не установлено.

Масса спиральных галактик до ~10¹² М¤ (масс Солнца).

Наиболее известные спиральные галактики — это наша Галактика Млечный Путь и туманность Андромеды. В ясную безлунную ночь туманность Андромеды видна как облако к западу от звезды v Андромеды. Свет от неё до Земли идёт 2 млн. лет.

Промежуточным типом между спиральной и эллиптической галактиками является линзовидная галактика типа S0. У галактик этого типа яркое центральное сгущение (балдж) сильно сжато и похоже на линзу, а ветви отсутствуют или очень слабо прослеживаются.

Состоят линзовидные галактики из старых звёзд-гигантов, поэтому и цвет их — красноватый.

Две трети линзовидных галактик, подобно эллиптическим, не содержат газа, в одной трети содержание газа такое же как у спиральных галактик. Поэтому процессы звездообразования идут очень медленными темпами.

Пыль в линзовидных галактиках сосредоточена вблизи галактического ядра.

К линзовидным галактикам относится около 10% известных галактик.

Для неправильных или иррегулярных галактик (Ir) характерна неправильная, клочковатая форма. Неправильные галактики характеризуются отсутствием центральных уплотнений и симметричной структуры, а также низкой светимостью. Такие галактики содержат много газа ( в основном нейтрального водорода) — до 50% их общей массы. К этому типу относится около 25% всех звёздных систем.

Неправильные галактики делятся на 2 большие группы. К первой из них, обозначаемой как IrrI, относят галактики с намеком на определенную структуру. Деление IrrI не окончательное: так если в изучаемой галактике обнаруживается подобие спиральных рукавов (характерны для галактик типа S), галактика получает обозначение Sm или SBm (имеет в своей структуре перемычку); если же подобного явления не наблюдается — обозначение Im. К галактикам типа SBm относятся Большое и Малое Магеллановы облака.

Ко второй группе (типу) неправильных галактик относятся все остальные галактики с хаотичной структурой.

Есть еще и третья группа неправильных галактик — карликовые, обозначаемые как dI или dIrrs. Считается, что карликовые неправильные галактики похожи на наиболее ранние галактические образования, существовавшие во Вселенной. Некоторые из них представляют собой небольшие спиральные галактики, разрушенные приливными силами более массивных компаньонов.

Галактики, которые обладают теми или иными особенностями, не позволяющими отнести их ни к одному из перечисленных выше классов, называются пекулярными.

Последующие наблюдения показали, что описанная классификация недостаточна, чтобы систематизировать всё многообразие форм и свойств галактик. Поэтому еще при жизни Эдвин Хаббл начал совершенствовать собственную камертонную систему. Позже дело Хаббла продолжил американский астроном Сэндидж Аллан Рекс, который в 1961 году закончил пересмотр классификации.

В расширенной классификации Хаббла появились:

1) Тип линзовидных галактик S0 и SB0.

Галактики S0 разделили на 2 типа: к типу 1 отнесли не имеющие структуры в галактическом диске; к типу 2 имеющие зачаточные структурные признаки в виде темных колец и областей. Между этими 2 типами выделили третий — S0/a — галактики с зарождающейся спиральной структурой.

Галактики типа SB0 имеет в своей структуре бар и, иногда, сформировавшиеся кольца. В эту категорию были перенесены некоторые спиральные галактики типа SBa у которых спиральные ветви нечеткие, но зато имеется обнаруживается развитое центральное сгущение. По классификации Хаббла галактики типа SB0 разделены на 3 группы, в зависимости от выраженности в структуре галактики бара и наличия колец:

1 группа. К ней относят галактики с неясным баром и протяженной неструктурированной оболочкой;

2 группа. Сюда входят галактики со слабо выраженным широким баром и одним кольцом;

3 группа. Бар и кольцевая структура галактик этой группы хорошо выражены.

2) В типе спиральных галактик появились группы Sd и SBd. Подобные галактики характеризуются низкой яркостью поверхности, представляющей собой сложную клочковатую структуру и слабо выраженным галактическим ядром. Для обозначения спиральных галактик

3) В типе эллиптических галактик ввели новый класс dE. К нему относят карликовые галактики с низкой поверхностной яркостью, хотя во всем остальном это типичные эллиптические галактики.

Следует отметить, что классификация Хаббла является на данный момент самой распространенной, но далеко не единственной. В частности широко используются Система де Вокулёра, представляющая собой более расширенную и переработанную версию классификации Хаббла и Йеркская система, в которой галактики группируются в зависимости от их спектров, формы и степени концентрации к центру.

Особой разновидностью галактик являются радиогалактики.

Радиоволны в той или иной степени излучают все галактики. Однако у большинства обычных галактик на радиоизлучение приходится лишь ничтожная доля всей их мощности, в то время как поток радиоволн от некоторых галактик оказывается сравнимым с мощностью их оптического излучения. Такие галактики называются радиогалактиками. Мощность их радиоизлучения часто в тысячи и десятки тысяч раз больше, чем у обычных галактик.

Компактные далекие галактики, обладающие мощным нетепловым радиоизлучением, называются N-галактиками.

Примером очень мощной радиогалактики может служить галактика, связанная с одним из источников радиоизлучения в созвездии Лебедя, называемым Лебедь-А. Между двумя его компонентами находится слабая галактика 18m, пересечённая широкой тёмной полосой (возможно, две галактики).

Расстояние до источника Лебедь-А составляет 170 Мпк. Мощность его радиоизлучения в шесть раз превышает мощность оптического излучения, больше половины которого приходится на эмиссионные линии.

Имеется также несколько десятков других радиогалактик, которые удалось отождествить с оптическими объектами — гигантскими, чаще всего эллиптическими галактиками.

Область, откуда приходит радиоизлучение, чаще всего значительно превышает размеры галактик в оптических лучах. Очень часто источники радиоизлучения выглядят двойными, причем максимумы яркости располагаются по обе стороны от связанной с ними галактики. Это говорит в пользу того, что источниками радиоизлучения являются два облака быстрых частиц, возникшие в результате взрыва, подобного тем, которые наблюдаются во взрывающихся галактиках. Энергия такого взрыва может достигать 10⁶⁰ эрг, что в десятки миллиардов раз больше, чем энергия вспышки сверхновой звезды. Частицами, излучающими радиоволны, являются релятивистские электроны, движение которых тормозится магнитными полями. Вследствие торможения интенсивность излучения уменьшается со временем, Причём особенно сильно для больших частот (более коротких волн). Область спектра, где начинается резкое уменьшение интенсивности, зависит от того, сколько времени уже длилось высвечивание электронов, т.е. как давно произошёл взрыв. Оказалось, что возраст многих источников всего лишь несколько миллионов лет, если считать, что после взрыва релятивистские электроны больше не возникают.

В 1963 г. некоторые источники радиоизлучения с угловыми размерами в 1" или меньше были отождествлены со звездообразными объектами в оптическом диапазоне, иногда окружёнными диффузным ореолом или выбросами вещества. Изучено более 1000 подобных объектов, названных квазарами (англ. quasar, сокр. от quasistellar radiosource — квазизвездный источник радиоизлучения).

Такие же оптические объекты, но не обладающие сильным радиоизлучением, были открыты в 1965 г. и названы квазизвездными галактиками (квазагами), а вместе с квазарами их стали называть квазизвездными объектами.