Уроки астрономии в школе

Типы

Астроном Эдвин Хаббл классифицировал галактики по их форме и установил пять основных закономерностей. Его классификация включает: эллиптические, двояковыпуклые, спиральные, с перемычками и неправильные спирали. Большинство галактик, около 90%, имеют форму эллипса или спирали.

Хаббл поместил эллиптические галактики в начало своей классификационной схемы, назвав их «галактиками раннего типа», потому что он считал, что позже они эволюционировали в другие формы.

Если a — большая полуось, а b — малая полуось эллипса, эллиптичность e определяется как:

E = 1 — б / у

E — это ориентировочная мера того, насколько сплющен эллипс, например, если a и b — очень близкие значения, отношение b / a составляет приблизительно 1, а эллиптичность равна нулю, в результате получается сферическая галактика.

Наивысшее принятое значение для E составляет 3, а в классификации Хаббла первое место слева занимают сферические галактики, которые обозначаются как E0, за которыми следуют промежуточные типы E1, E2, … до достижения EN, где N = 10 (1-b / a).

Самые плоские из известных достигают E7, так как выше этого значения структура галактики теряется.

Сам Хаббл изменил свою первоначальную классификацию по мере поступления дополнительной информации. То же самое сделали и другие астрофизики, включив в него новые особенности помимо простой эллипсоидальной формы. Для этого стали использовать другие буквы, а также строчные.

Что больше, Вселенная или галактика?

Следует знать, что наша галактика, несмотря на ее размеры, не одинока во Вселенной. Сегодня ученым-астрономам достоверно известно о более чем ста других галактиках.

Некоторые из них расположены сравнительно близко от нашей и могут быть различимы даже невооруженным глазом, как, например, галактика в созвездии Волосы Вероники. Другие можно увидеть только в мощный телескоп обсерватории. Третьи различимы только с орбитальной станции, где атмосфера не препятствует наблюдению за космосом.

Вселенная, согласно представлениям ученых, бесконечна, и в ней находится бесконечное число галактик. Одни рождаются из облаков раскаленного газа и пыли, другие находятся в таком же состоянии, как и наш Млечный путь, третьи угасают, исчерпав свою энергию. До сих пор нет единой теории, объясняющей происхождение Вселенной и образование в ней звезд и галактик. Возможно, в отдаленном будущем человечество будет обладать этими знаниями, но пока мы можем только строить об этом самые фантастические догадки.

Вращение частей галактики

Части галактики вращаются с различной скоростью вокруг её центра. Если бы мы могли посмотреть на Галактику «сверху», мы увидели бы плотное
и яркое ядро, внутри которого звёзды располагаются очень близко друг к другу, а также рукава. В них звёзды сконцентрированы менее компактно.

Направление вращения Млечного пути, а также подобных спиральных галактик (указано на карте в левом нижнем углу при увеличении)
таково, что спиральные рукава как бы закручиваются

И здесь необходимо заострить внимание вот на каком специфическом моменте.
За время существования Галактики (не менее 12 млрд. лет, по любым современным оценкам) спиральные ветви должны были бы закрути́ться вокруг центра Галактики
несколько десятков раз! А этого не наблюдается ни в других галактиках, ни в нашей

Ещё в 1964 году Ц. Лин и Ф. Шу из США, предложили теорию, согласно
которой спиральные рукава представляют собой не некие материальные образования, а волны плотности вещества, выделяющиеся на ровном фоне галактики
прежде всего потому, что в них идёт активное звездообразование, сопровождающееся рождением звёзд высокой светимости. Вращение спирального рукава не имеет
никакого отношения к движению звёзд по галактическим орбитам. На небольших расстояниях от ядра орбитальные скорости звёзд превышают скорость рукава, и
звёзды «втекают» в него с внутренней стороны, а покидают с внешней. На больши́х расстояниях всё наоборот: рукав как бы набегает на звезды, временно включает их
в свой состав, а затем обгоняет их. Что касается ярких ОB-звёзд, определяющих рисунок рукава, то они, родившись в рукаве, в нём и заканчивают свою
относительно короткую жизнь, не успевая покинуть рукав за время своего существования.

Полученные результаты

2021

Построено семейство равновесных моделей эллиптических галактик с различной структурой скоростей и центральной сверхмассивной чёрной дырой, с использованием кода GALIC-3D, который был адаптирован для целей данного проекта. Модифицированная версия кода протестирована на предмет динамической стабильности равновесных моделей, все созданные модели показали высокую динамическую стабильность. Разработаны специализированные алгоритмы для введения возмущений в равновесные модели для численного изучения устойчивости эллиптических галактик. После этого, модели с введенными возмущениями подавались как входные данные в код-интегратор (GADGET-2), который моделирует дальнейшую эволюцию уже возмущенных систем. В качестве начального этапа мы сфокусировались на распределении Хернквиста, и возмущали ее двумя способами: 1) изменяя структуру скоростей и 2) изменяя профиль плотности (таким образом, чтобы имитировать приливное воздействие со стороны других галактик). Модели в обоих вариантах оказываются, в целом, неустойчивыми, однако если в первом случае возмущения приводят к конфигурациям, сильно отличающимся от первоначальной, во втором случае в результате эволюции система частично возвращается к начальной конфигурации, при этом, в зависимости от степени возмущения, система проходит через осцилляционную фазу. Для более эффективного проведения численных экспериментов нами проведен анализ рынка и закуплен вычислительный сервер для расширения кластера института.

Место Млечного пути во вселенной

Долгое время учёные пытались определить местоположение Млечного пути во вселенной. На данный момент общепринятой является теория инфляции. После большого взрывы вселенная начала расширяться и продолжает своё расширение и по сей день. Где находится тот самый центр вселенной, пока неизвестно. Но удалось определить, что Млечный путь находится в галактическом сверхскоплении Ланиакея. Модель Ланиакея выглядит невероятно красиво. Наша галактика находится близко к краю скопления и постепенно движется в направлении центра. Внутри Ланиакея находится сверхскопление Девы, а в Девы выделена местная группа с великим аттрактом, здесь и расположен Млечный путь. В свою Очередь Ланиакея входит в ещё более крупное сверхскопление Кита. Это огромное сосредоточение галактик.

Квазары

В масштабах всей Вселенной квазары являются самыми интересными и таинственными объектами. Их яркое сияние способно затмить целые галактические системы. Само слово «квазар» переводится как «радиоисточник, похожий на звезду». Астрономы предполагают, что квазары – это активные ядра галактики. Такие виды галактических систем не входят в традиционную классификацию.

По другой версии, квазары представляют собой огромные черные дыры, которые активно поглощают все, что находится в округе. По мере приближения к ним вещества, его скорость растет, а само вещество разогревается. Магнитное поле черной дыры собирает мельчайшие частички в пучки, которые в дальнейшем разлетается от ее полюсов. Третья версия гласит, что квазары – это начальная стадия жизни галактики, то есть человечество видит их фактическое формирование. Какая из этих теорий является максимально правдивой никому не известно, но каждая из них имеет право на существование.

Мощность излучения квазара просто огромна. Она в сотни раз превышает мощность излучения всех звезд в одной галактике. Сложно представить, что объект отдален от человека на несколько миллиардов световых лет, но при этом его можно увидеть в обычный телескоп. За одну единицу времени квазар производи в  10 триллионов раз больше энергии, чем Солнце. А его размер можно сравнить с размером Солнечной системы.

Еще одна интересная особенность квазаров – их переменность. Они постоянно меняют свою светимость, что совершенно нехарактерно для галактик. Был зафиксирован случай, когда блеск объекта за один час сменился 25 раз. Исходя из последних наблюдений, выяснилось, что многие квазары находятся около центров огромных эллиптических галактик.

Самый первый квазар был открыт в 1960 г благодаря Мэтью Сэндиджу. Он получил название 3с273. В современном мире квазары во Вселенной определяют по красному смещению их спектра. Если обнаружено такое смещение и при этом объект выделяет огромное количество энергии, его смело начинают именовать квазаром. Сейчас в космическом пространстве их обнаружено около 2-х тысяч. Эти космические объекты изучаются с помощью телескопа Хаббла. Расстояние между Землей и ближайшим квазаром составляет 800 млн. световых лет.

Вид квазара в телескопе Источник

Становление и эволюция

Поначалу астрофизики подумали, что именно из-за большого коллапса образовалась эллиптическая галактика, которая привела к интенсивному звездообразованию, которое в конечном итоге прекратилось. В пользу этой гипотезы говорит тот факт, что звездное население этих галактик старше, чем у других типов.

С другой стороны, в эллиптических галактиках очень мало газа и пыли, которые известны как межзвездное вещество, что и является необходимым сырьем для образования новых звезд.

Но текущие наблюдения подтверждают, что, несмотря на кажущуюся стабильность, галактики не статичны. Сила гравитации заставляет их активно взаимодействовать друг с другом всякий раз, когда есть возможность.

По этой причине преобладает текущая гипотеза о том, что эллиптические галактики имеют различное происхождение и что галактики других форм, вероятно, со временем станут эллиптическими.

Гравитационное притяжение может вызывать столкновения, которые в конечном итоге приводят к слиянию. События такого масштаба не редкость, поскольку гравитация открывает двери для этой возможности. Более того, эллиптические галактики часто находятся в центре скоплений галактик, где есть возможность захватывать материал и сливаться с другими галактиками.

Это подтверждается тем фактом, что молодые голубые звезды были обнаружены внутри некоторых эллиптических галактик — голубых карликовых галактик — что свидетельствует о том, что они не полностью лишены межзвездного вещества.

Было также высказано предположение, что, когда спиральные галактики используют свое сырье, они превращаются в линзовидную форму, то есть форму диска без спиральных рукавов. Последовательные столкновения с другими галактиками приведут к потере диска и превращению в эллипсоид.

Что такое галактика

Галактика часто воображается нами такой, какой традиционно показывается в энциклопедиях и документальных фильмах — громадной спиралью из голубоватого дыма, в котором прячутся гроздья звезд, посередине которой ярко светит ядро. Однако такой «звездный остров» — всего лишь одна разновидность правильных структур. Ведь бывают и неправильные галактики, лишенные выраженных ядер и рукавов — они бултыхаются в космическом пространстве подобно яйцу, разбитому в невесомости. Издали они мало чем отличаются от хаотичных туманностей: разница состоит в размерах и концентрации звезд.

Галактика Андромеды — ближайшая к нам крупная галактика

Итак, что нужно, чтобы назвать объект галактикой?

• Во-первых, это наличие в ней звезд и звездных скоплений — они составляют львиную долю видимой нам материи галактики. Но только видимой: большую часть массы любой галактики составляют прослойки газа и пыли, молекулярные облака и темная материя.
• Во-вторых, все это богатство должно быть связано в гравитационной системе и вращаться вокруг общего центра масс. Обычно им выступает галактический центр, о котором речь пойдет дальше — но его отсутствие не препятствие.
• Кроме внутреннего гравитационного взаимодействия, галактики взаимодействуют между собой. Меньшие «звездные острова» вращаются вокруг больших — а те выстраивают связи с другими гигантами, включаясь в крупномасштабную структуру Вселенной. Но в отличие от планет и их спутников, галактики славятся «хищными» нравами. Наш Млечный путь близок к тому, чтобы через пару миллиардов лет поглотить своих спутников, Большое и Малое Магеллановы Облака — а после этого его «слопает» галактика Андромеды.

Большое Магелланово облако — галактика-спутник Млечного пути

Видной характеристикой галактики является размер — как и содержание звезд, так и размах. Однако тут как раз точности и нет. Существуют галактики, которые в радиусе сотни–второй световых лет вмещают сотни миллионов звезд. Но бывают и другие, в которых на ту же сотню световых лет рассыпаны считаные тысячи звезд. Поэтому единственный четкий критерий тут — это гравитационная отделенность от близлежащих «островов» и наличие собственного центра массы. Так, во Вселенной одновременно существуют галактики с несколькими тысячами светил, и с сотнями триллионов звезд.

Как видите, нет четких рамок или определения для понятия что такое галактика. Поэтому они такие разнообразные, часто совсем невообразимые. Это и сверхяркие мощные квазары, и Великий Аттрактор, и громадные звездные поля протяженностью в миллионы световых лет. Но даже у самых обычных галактик есть чем удивить. Об этом дальше.

Типы галактик и их характеристики

Многообразие звездных систем побудило ученых задуматься об объединении их по внешнему виду, а также закономерностям проходящих внутри процессов. В 1925 г. Эдвин Хаббл предложил классификацию скоплений по их морфологии и дал им определение. Этот список без изменений используется и сегодня. Созданы и более детальные систематизации.

Эллиптические галактики (e)

Имеют форму эллипса. Включают в себя красные и холодные космические тела-гиганты. По данным астрономов, доля эллиптических звездных систем составляет 20% от всего объема. Существуют карликовые и гигантские скопления.

Ближайшая к Земле галактика эллиптического типа, открытая в 1938 г. американским астрономом Харлоу Шеплом, находится в созвездии Скульптор. Она относится к карликовым сфероидальным системам и имеет отличительную особенность — высокое содержание металлических объектов (около 4% от общей массы). Такой показатель наблюдается в образованиях, расположенных на краю видимой Вселенной.

Галактика эллиптической формы. Credit: referatwork.ru.

Спиральные галактики (s)

Представляют собой своеобразный звездный блин, который вращается вокруг своей оси и содержит до 500 млрд объектов. В центральной зоне наблюдается овальное вздутие — бандаж. Спиральные образования имеют два диска и благодаря множеству закрученных спиралевидных ветвей считаются наиболее красивым и завораживающим зрелищем в космосе.

В 1912 г. ученые выяснили, что Туманность Андромеды движется по направлению к Солнцу с впечатляющей скоростью — 300 км/ч. По прогнозам исследователей, через 3 млрд лет Туманность Андромеды столкнется с Млечным путем. Это означает, что в результате взаимодействия Солнечная система будет выброшена в космическое пространство, но разрушения планет не произойдет.

Спиральная галактика NGC 3521. Credit: kentbiggs.com.

Неправильные галактики (Irr)

Не вписываются в структуру, созданную Хабблом, так как не могут быть описаны как образования эллиптической или спиральной формы. У них нет ядра, а движение звезд хаотично. Предположительно, раньше неправильные системы имели четкие границы, но под воздействием разных гравитационных сил деформировались.

Выделяют три подтипа галактик:

1. Irr I — системы, чья структура угадывается, но недостаточно, чтобы их можно было отнести к одному из типов, выделенных Хабблом.

1. Irr II — системы, пережившие столкновение в прошлом или переживающие гравитационное взаимодействие сейчас.
2. Карликовые неправильные — галактики, которые характеризуются минимальной светимостью.

Примерами последних систем являются Большое и Малое Магеллановы облака (БМО и ММО), которые находятся в той области неба, которая относится к Южному полушарию (в России не наблюдаются). В диаметре они меньше Млечного пути в 30 раз и легче в 300 раз, удалены от галактики, в которой находится Земля, на 163 тыс. световых лет.

Карликовые неправильные БМО и ММО. Credit: cyberway.golos.io.

Современные исследования стали возможны после запуска телескопа «Хаббл». В 2006 г. стало известно, что период вращения БМО составляет 250 млн лет.

У неправильных галактик нет ядра. Credit: w-dog.ru.

С полярными кольцами

Галактики такой формы встречаются редко. Они имеют необычную форму (внешнее кольцо вращается непосредственно над полюсами) и внешне напоминают большой овал с перпендикулярно расположенным внутри малым овалом.

Поэтому существует предположение, что галактики образовались при слиянии двух систем. Изучение таких систем затруднено небольшим числом исследуемых объектов и их большой удаленностью.

Расстояние от Солнечной системы — 12 млн лет. Образование было открыто в 1826 г. английским ученым Джеймсом Данлопом, а в 1847 г. Джон Гершель составил подробное описание Центавры А. С помощью космического телескопа «Хаббл» и орбитальной установки «Обсерватория Эйнштейна» были обнаружены крупные квазары и нейтронные звезды.

Центавр А — галактика с полярными кольцами. Credit: pbs.twimg.com.

Пекулярные галактики

Характеризуются искаженной структурой, причина которой — столкновение с другой галактикой или воздействие материи после выбросов космического вещества. Из-за индивидуальных особенностей их нельзя отнести к классификации Хаббла.

Искаженная структура у пекулярных галактик. Credit: naked-science.ru.

Расположение солнечной системы в галактике

Рукава галактик – это газопылевые скопления, но звёзды часто движутся со своей скоростью. Это создаёт определённые риски для существования самих звёзд и планетарных систем. Наше солнце находится между рукавами Стрельца и Персея, в относительно безопасном месте — коротационном центре. Здесь Звёзды движутся с общей скоростью вращения галактики. Такое расположение позволило жизни на земле спокойно развиваться без дополнительной опасности столкнуться с другой планетарной системой, без воздействия радиации спиральных рукавов. Такое спокойствие стало одним из факторов развития жизни и появление на нашей планете разума. Солнечная система находится в 8 парсеках от центра галактики и в 35 тыс. световых лет от зоны перемычки. Учитывая общие размеры галактики, это достаточно близко к центру. Расстояние от Солнечной системы до спиральных рукавов около 3 тыс. световых лет в обе стороны.

Последовательность Хаббла

Последовательность Хаббла — это система классификации, используемая для классификации различных типов галактик на основе их морфологии или формы. Эта последовательность был сформулирован известный астроном Эдвин Хаббл в 1920-х годах и с тех пор стал основной инструмент в понимании разнообразия и эволюции галактик.

Определение и предыстория

Галактики обширные коллекции звезд, газа и пыли, удерживаемых вместе гравитацией. Они входят различные формы и размеры, а последовательность Хаббла обеспечивает прочь организовать и изучить это невероятное разнообразие. Последовательность часто изображается как диаграмма известная как диаграмма камертона Хаббла, которая иллюстрирует различные типы галактик.

Формулировка Эдвина Хаббла

Эдвин Хаббл, используя наблюдения созданная его предшественник, Весто Мелвин Слайфер, обнаружил, что галактики не были равномерно распределены в космосе, а вместо этого образовывали скопления и сверхскопления. Хаббл также заметил, что галактики демонстрируют разные формы и структуры. Он классифицировал их на три основные категории: эллиптические галактики, спиральные галактики и спиральные галактики с перемычкой.

1. Эллиптические галактики. Эти галактики имеют гладкий и округлый вид, напоминающий эллипс. Им не хватает характерные спиральные рукава наблюдаются в спиральных галактиках и часто называются галактики «раннего типа». Эллиптические галактики обычно состоят из более старых звезд и содержат мало межзвездный газ и пыль.

2. Спиральные галактики: Спиральные галактики характеризуются их спиральные рукава, исходящие из центрального выступа. В этих рукавах содержатся молодые горячие звезды, а также межзвездный газ и пыль. Спиральные галактики делятся на две подкатегории: нормальные спиральные галактики и спиральные галактики с перемычкой.

3. запрещенный Спиральные галактики: Спиральные галактики с перемычкой иметь бар-образная структура, простирающаяся от центральной выпуклости. Спиральные рукава берут начало с концов этот бар. Присутствие of бар в этих галактиках влияет их общая форма и динамика.

Расширение Аллана Сэндиджа и Жерара Вокулёра

Опираясь на работа Хаббла, астрономы Аллан Сэндидж и Жерар Вокулёр расширил последовательность Хаббла, включив в нее дополнительные типы галактик. Они представили категория линзовидных галактик, занимающих промежуточное положение между эллиптические и спиральные галактики по их форме и строению.

1. Линзовидные галактики: Чечевицеобразные галактики, также известные как S0 галактики, Имеют дискообразная структура похожи на спиральные галактики, но лишены выдающиеся спиральные рукава. Они кажутся гладкими и имеют центральную выпуклость, как у эллиптических галактик. Линзовидные галактики часто встречаются в скоплениях галактик, где происходят взаимодействия и слияния с другие галактики может раздеться их газ и нарушать их спиральная структура.

В дополнение к эти четыре основные категории, существуют также неправильные галактики, которые не вписываются ни в одну из другие классификации. Неправильные галактики лишены определенная форма и часто выставляю хаотические структуры, Они могут быть результат of взаимодействия галактик или слияния, которые могут нарушить их морфологию.

Понимание различных типов галактик и их классификация имеет решающее значение для изучения формирования и эволюции галактик. Последовательность Хаббла предоставляет астрономам основу для классификации галактик на основе их морфологии, что позволяет им исследовать лежащие в основе физические процессы эта форма эти космические сущности.

Классификация галактик последовательности Хаббла

Последовательность Хаббла — это система классификации, используемая для классификации различных типов галактик на основе их морфологии или формы. Эта система, разработанная знаменитый астроном Эдвин Хаббл в 1920-х годах сыграл важную роль в Наше понимание формирования и эволюции галактик. Давайте исследуем различные типы галактик, входящих в последовательность Хаббла.

Спиральные галактики

Источник изображения CC BY 4.0: M101 нанимает STScI-PRC2006-10a

Спиральные галактики – одна из самые распространенные типы галактик во Вселенной. Они характеризуются их отчетливые спиральные рукава исходящие из центральной выпуклости. Эти рукава состоят из молодых горячих звезд, газа и пыли, которые придают им синеватый вид. Спиральные галактики можно разделить на две подкатегории: нормальные спиральные галактики и спиральные галактики с перемычкой.

1. нормальная Спиральные галактики: Эти галактики имеют центральную выпуклость и спиральные рукава, простирающиеся наружу от выпуклость in гладкий, симметричный узор. Оружие туго намотаны и отдают галактику внешний вид, похожий на вертушку. Млечный Путь, наша собственная галактика, Является яркий пример of обычная спиральная галактика.

2. запрещенный Спиральные галактики: В этих галактиках бар-образная структура проходит через центральную выпуклость, с спиральные рукава берущие начало от концов бар. Бар выступает в качестве механизм для направления газа и пыли в сторону центр галактики, стимулируя звездообразование. Знаменитая галактика Андромеды is известный пример of баркрасная спиральная галактика.

   

   

   

   

   

   

   

   

   

Эллиптические галактики

Abell S740, обрезано до ESO 325-G004Wikimedia Commons

Эллиптические галактики – это еще один распространенный тип галактики, но у них есть совсем другой внешний вид по сравнению со спиральными галактиками. Вместо того, чтобы иметь отчетливые спиральные рукаваэллиптические галактики гладкие и безликие, напоминающие трехмерный эллипсоид или мяч для регби. Они состоят из более старых звезд и содержат мало нет газа или пыль.

Эллиптические галактики классифицируются по форме: от E0 (идеально сферическая) до E7 (сильно вытянутая). Форма of эллиптическая галактика определяется его масса и количество вращения у него есть. Эти галактики часто встречаются в плотные регионы Вселенной, например, скопления галактик.

Линзовидные галактики

Ngc5866 hst большойWikimedia Commons

Линзовидные галактики, также известные как S0 галактики, Являются гибрид между спиральные и эллиптические галактики. У них есть центральная выпуклость, как у спиральных галактик, но нет выдающиеся спиральные рукава. Вместо этого линзовидные галактики имеют дискообразная структура гладкий, безликий внешний вид, В них содержатся и старые, и молодые звезды, Что указывает на некоторое продолжающееся звездообразование но в гораздо более низкая ставка по сравнению со спиральными галактиками.

Линзовидные галактики часто встречаются в окрестности скоплений галактик, где взаимодействия и слияния галактик могут уничтожить их газ и нарушить формирование новые звезды. Они соединяют разрыв между спиральные и эллиптические галактики с точки зрения их морфологии.

Неправильные галактики

Неправильная галактика NGC 1427A (снята космическим телескопом Хаббла)Wikimedia Commons

Неправильные галактики – это чудаки of что собой представляет классификация галактик система. Они не имеют определенная форма или построить и выставить хаотичные, нерегулярные узоры. Неправильные галактики могут быть результат of взаимодействия галактик, слияния или гравитационные возмущения вызванный близлежащие галактики. Они часто содержат большие суммы газа и пыли, которые питают интенсивное звездообразование.

Эти галактики можно разделить на две подкатегории: Ирр я, который имеет некое подобие структуры и Ирр яЯ, которые более хаотичны и лишены любая видимая структура. Большое и Малое Магеллановы Облака., спутниковые галактики of Млечный путь, являются примерами неправильных галактик.

В заключение, последовательность Хаббла обеспечивает основу для классификации галактик на основе их морфологии. Спиральные галактики, в том числе нормальные спиральные галактики и галактики с перемычкой, Имеют отчетливые спиральные рукава и центральная выпуклость. Эллиптические галактики гладкие и безликие, а линзовидные – соединяют. разрыв между спиралями и эллипсами. Неправильные галактики хаотичны и лишены определенная структура. Понимание различных типов галактик помогает нам разгадать тайны формирования и эволюции галактик. огромное пространство Вселенной.