Загальна астрономія. Далека Всесвіт. Відстані і галактики
До теперішнього часу виміряні «червоні зсуви» та визначено відстані до декількох тисяч галактик. Від самих далеких з них світло йде близько 10 млрд. Років. За зовнішнім виглядом і структурі галактики досить різноманітні, однак більшість з них добре вкладається в запропоновану Хабблом ще в 1923 р просту і струнку класифікацію. Всі галактики були розбиті на три типи: еліптичні - Е, спіральні - S і неправильні (іррегулярні) - I. Форма еліптичних галактик різна: від майже круглої до дуже сильно сплюсненої. У спіральних галактиках виділені два підтипу: нормальні спіралі, у яких спіральні рукави починаються безпосередньо з центральної області, і пересічені спіралі, у яких рукава виходять не з ядра, а пов'язані з перемичкою, що проходить через центр галактики. Найближчими і найяскравішими виявилися дві галактики неправильного типу, які отримали назви Велике і Мале Магелланові Хмари. Вони добре видно неозброєним оком в південній півкулі неподалік від Чумацького Шляху. Магелланові Хмари є супутниками нашої Галактики, відстань до Великого близько 200 тис. Св. років, до Малого - 170 тис. св. років. Серед усіх відомих галактик частка неправильних порівняно невелика - всього 5%. Значну частину їх маси (до половини) становить газ.
Спіральні галактики, подібні до нашої, є найбільш поширеними - приблизно половина спостережуваних галактик відноситься до цього типу. Їх відрізняє наявність двох (іноді більше) спіральних рукавів, в яких зосереджено багато молодих яскравих зірок, що світяться газових туманностей, а також холодних газопилових хмар. Саме в спіральних рукавах відбувається формування зірок з міжзоряного речовини. За сучасними уявленнями, спіральні гілки - це хвиля підвищеної щільності зірок і газу, яка обертається навколо центру галактики як тверде тіло, - кутова швидкість постійна, а лінійна збільшується зі збільшенням відстані від осі обертання. У гілках немає постійного складу зірок і газу, вони періодично вступають в область рукава. Проходячи через них, хвиля ущільнення значно впливає на газ - збільшення його щільності в кілька разів стимулює початок процесу зореутворення. Концентрація нейтрального водню уздовж спіральних гілок підтверджується даними радіоастрономії. Причому в одній і тій же галактиці (М51) за спостереженнями в радіодіапазоні спіральнігілки простежуються значно далі від її центру, ніж в оптичному діапазоні. Ті спіральні галактики, які ми бачимо «з ребра», нагадують за зовнішнім виглядом сочевицю або диск з потовщенням в середині. Це потовщення є центральну, найбільш щільну частину гало, яке прийнято називати балдж (англійська синонім українського слова «потовщення»). Очевидно, так виглядає і наша Галактика.
Другим за поширеністю типом галактик (приблизно 25% від їх загального числа) є еліптичні. У них немає ні диска, ні спіральних гілок, а є тільки сферична складова, яка складається переважно зі старих зірок червоного кольору і майже не містить холодного газу. Ймовірно, все міжзоряний речовина пішло на освіту цих зірок. Лінзовидні галактики схожі на спіральні тим, що у них є і диск, і гало, але вони, як і еліптичні, не мають спіральних гілок. Із загальної кількості галактик приблизно 20% відноситься до цього типу. Галактики одного і того ж типу значно відрізняються один від одного за розмірами, кількістю зірок і іншим характеристикам. Найменші серед них називають карликовими. Кілька таких карликових галактик входять в число супутників нашої Галактики. Галактики, як і зірки, рідко бувають поодинокими; набагато частіше вони спостерігаються у вигляді пар, невеликих груп і навіть скупчень, в яких об'єднуються тисячі галактик. Наша Галактика разом з відомими галактиками Андромеди і Трикутника і розташованими в їх околицях слабкими карликовими галактиками утворює Місцеву систему, в складі якої налічується близько 40 об'єктів. Всі вони пов'язані гравітаційними силами і не віддаляються один від одного. Більшість галактик групується в скупчення, які діляться на два типи: правильні і неправильні. Правильні скупчення галактик в чому нагадують кульові зоряні скупчення, для яких характерна сферична симетрія з сильною концентрацією галактик до центру.
Типове скупчення такого типу розміром близько 4 Мпк, яке спостерігається в сузір'ї Волосся Вероніки, налічує кілька десятків тисяч галактик. Концентрація галактик в скупченнях буває так велика, що вони розташовуються дуже близько один до одного. Їх гравітаційна взаємодія викликає значну зміну форми галактик. Часто спостерігаються з'єднують їх перемички, які складаються із зірок або газу, а також йдуть далеко в сторону протяжні «хвости». Першим до дослідження таких галактик, які отримали назву взаємодіючих, приступив Б. А. Воронцов-Вельямінов. В даний час відомо кілька сот випадків, коли галактики злилися разом і утворили єдину систему. Так, наприклад, вважається, що галактика NGC5128 є результатом злиття еліптичної і спіральної галактик. Радіоспостереження виявили сліди взаємодії нашої Галактики з її найближчими сусідами - що йде до неї потік газу від Магелланових Хмар. Ймовірно, через кілька мільярдів років їх зірки увіллються до складу Галактики. Серед взаємодіючих галактик і галактик, що мають близьких супутників, часто спостерігаються галактики з активними ядрами. Ядро будь-галактики, її центральна частина, завжди виділяється своєю яскравістю. Невелике число галактик (близько 1%) має особливо яскраві ядра, в яких відбувається колосальне виділення енергії. Їх активність може виявлятися по-різному. По-перше, це дуже велика потужність випромінювання (світність) не тільки в оптичній, а й в рентгенівської або інфрачервоній частині спектра. Світність ядер таких галактик майже така ж, як світність всієї нашої Галактики.
Випромінювання виходить з області, діаметр якої становить приблизно 1 пк, і помітно змінюється часом за кілька місяців або навіть днів. По-друге, в ядрі відбувається рух газу зі швидкостями тисячі кілометрів в секунду, що призводить до появи довгих викидів - джетів. По-третє, потужні потоки електронів і протонів високої енергії, що йдуть з ядра в двох протилежних напрямках, породжують синхротронное радіовипромінювання. Галактики з активними ядрами, які є джерелами радіовипромінювання великої потужності, називають радіогалактиками. Їх радіовипромінювання може бути в десятки тисяч разів більше за потужністю, ніж радіовипромінювання нашої Галактики або інших, подібних їй. Характерно, що найбільш інтенсивне радіовипромінювання приходить від областей, які розташовуються приблизно симетрично по обидві сторони від галактики і значно перевершують її за розмірами. Радіоастрономічні спостереження дозволили виявити також найпотужніші з усіх відомих у Всесвіті джерела видимого та інфрачервоного випромінювання, які назвали квазарами. Це слово є скороченням повного їх назви - квазізвездние радиоисточники.
На фотографіях квазари дійсно виглядають як зірки, причому найяскравіший з них видно як зірка 13-й зоряної величини. Однак їх спектри, що містять яскраві лінії випромінювання, нагадують спектри газових туманностей, а самі лінії сильно зміщені в червону сторону спектра, як в спектрі далеких галактик. Виявилося, що навіть найбільш близькі квазари розташовані далі більшості відомих галактик, на відстанях близько 1 млрд. Св. років. Найдальші квазари спостерігаються на відстанях до 15 млрд. Св. років. На таких великих відстанях вони можуть бути виявлені тільки внаслідок великої світності, яка значно перевищує світність нашої Галактики, іноді в кілька сот разів. В даний час відомі тисячі квазарів. У квазарах спостерігаються такі явища, як зміна яскравості, викид струменів речовини і т. П. Навколо квазарів, розташованих не дуже далеко, виявлено світіння, склад і структуру якого можна пояснити присутністю зірок. Ймовірно, квазари є ядрами далеких галактик, що проявляють дуже високу активність. Вивчення найбільш віддалених об'єктів дозволяє «заглянути» в минуле.
Справді, якщо відстань до галактики (або квазара) становить, наприклад, 3 млрд. Св. років, то ми спостерігаємо цей об'єкт не в тому стані, в якому він знаходиться в даний момент, а в тому, в якому він перебував 3 млрд. років тому. Можливо, що відсутність квазарів поблизу від нашої Галактики свідчить про більш високу активність ядер галактик в далекому минулому. Остаточної відповіді на питання про джерела високої активності ядер галактик поки немає. Однією з можливих моделей, що описують весь спостережуваний комплекс явищ, вважається наявність в ядрах чорних дір масою в десятки і сотні мільйонів мас Сонця. В результаті падіння речовини на чорну діру має виділятися величезна кількість енергії, що перетворюється в електромагнітне випромінювання. На користь такого припущення говорить наявність в ядрах цілого ряду галактик великих мас несветящегося речовини, виявленого з допомогою найбільших наземних телескопів і космічного телескопа ім. Хаббла. Ці телескопи дозволяють отримати фотографії, на яких можна нарахувати не один мільйон галактик. В їх просторовому розподілі спостерігається певна закономірність - ячеисто-стільникова структура. Скупчення і надскупчення галактик розташовуються так, що не заповнюють весь простір, а утворюють лише «стінки», які відокремлюють один від одного гігантські пустоти, в яких галактики практично не зустрічаються. Розмір цих осередків близько 100 Мпк, а стінки мають товщину всього 3 - 4 Мпк. Така структура виникла в результаті тривалої еволюції всіх об'єктів, які спостерігаються у Всесвіті, найзагальніші властивості якої вивчає космологія.
Головна сторінка розділу