Галактики#
Галактики – це величезні зоряні системи, що складаються з мільярдів зірок, газу, пилу, темної матерії, і утримуються разом гравітацією.
Типи галактик та їхні відмінності#
Еліптичні галактики (позначаються літерою E)
Форма: Мають еліпсоїдну або сферичну форму, яка може варіюватися від майже ідеальної кулі до сильно сплюснутого еліпса. Класифікуються за ступенем сплюснутості від E0 (майже сферична) до E7 (найбільш сплюснута).
Склад: Складаються переважно зі старих зірок (червоних гігантів), мають дуже мало міжзоряного газу та пилу. Це означає, що у них практично не відбувається активне зореутворення.
Обертання: Обертаються досить повільно, що призводить до їхньої меншої сплюснутості порівняно зі спіральними галактиками.
Приклад: Карликова еліптична галактика M32.
Частка: Становлять близько 25% від загальної кількості галактик.
Рис. Велетенська еліптична галактика ESO 325-G004, розміром приблизно 308 500 на 246 800 світлових років.
Автор: NASA, ESA, and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA); J. Blakeslee (Washington State University) - https://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2007/08/image/a/ ([image link https://imgsrc.hubblesite.org/hu/db/images/hs-2007-08-a-full_jpg.jpg]), Суспільне надбання (Public Domain), Посилання. Wiki
Спіральні галактики (позначаються літерою S)
Форма: Мають плоский диск з яскравим сферичним балджем (центральним потовщенням) і спіральними рукавами, що виходять з центру.
Склад: Містять як молоді, так і старі зірки, а також значну кількість міжзоряного газу та пилу, що сприяє активному зореутворенню (особливо в спіральних рукавах).
Обертання: Обертаються значно швидше, ніж еліптичні галактики.
Підтипи:
Звичайні спіральні (SA): Рукави виходять безпосередньо з ядра. Класифікуються від SAa (великий балдж, тугі, маловиражені рукави) до SAc (маленький балдж, відкриті, чіткі рукави).
Спіральні з баром (SB): У центрі мають яскравий бар (перемичку), що перетинає балдж, і з кінців якого виходять спіральні рукави. Класифікуються аналогічно звичайним спіральним: SBa, SBb, SBc (також додатково класифікуються SBd та SBm).
Примітка: є ще проміжний тип, позначення якого починається із SAB (див. galaxy morphological classification)
Приклад: Наша Галактика Чумацький Шлях є спіральною галактикою з баром типу SBb, а галактика Андромеди - спіральною типу SAb.
Частка: Більшість спостережуваних галактик є спіральними.
Рис. Приклад спіральної галактики, Галактика «Вертушка» (Pinwheel) (знана як об'єкт списку Мессьє 101 чи NGC 5457).
Автор: ESA/Hubble, CC BY 4.0, Посилання. Wiki
Рис. NGC 1300, приклад спіральної галактики з перемичкою.
Автор: NASA, ESA, and The Hubble Heritage Team STScI/AURA, Суспільне надбання (Public Domain), Посилання. Wiki
Рис. Схема спіральної галактики, вид у профіль.
Wikimedia, CC BY 3.0, Посилання. Wiki
Рис. Класифікація галактик у послідовності Хаббла. Для спіральних галактик розмір балджа і товщина рукавів зліва направо зменшується, концентрація пилу збільшується.
Автор: Ikonact. - Власна робота., CC BY 2.5, Посилання. Wiki
Рис. Послідовність Хаббла протягом усієї історії Всесвіту.
By NASA, ESA, M. Kornmesser - https://www.spacetelescope.org/images/heic1315a/, Public Domain, Link. Wiki
Рис. Морфологічна діаграма галактики Хаббла – де Вокулера.
By Antonio Ciccolella / M. De Leo, CC BY 3.0, Link. Wiki
Неправильні галактики (позначаються літерою Irr)
Форма: Не мають чітко вираженої форми або симетрії, не підпадають під класифікацію еліптичних чи спіральних.
Склад: Часто багаті на газ і пил, що призводить до інтенсивного зореутворення. Містять багато молодих, яскравих зірок.
Походження: Вважається, що неправильні галактики могли виникнути внаслідок гравітаційної взаємодії або зіткнень з іншими галактиками.
Підтипи:
Irr I: Мають деякі залишки спіральної структури.
Irr II: Мають абсолютно неправильну форму.
dIrr: карликова неправильна галактика (dwarf irregular galaxy).
Приклад: Малі та Великі Магелланові Хмари раніше класифікувались як неправильні галактики, однак зараз їхня класифікація уточнена до SBm. Приклад неправильної галактики можна побачити на рисунку нижче.
Рис. NGC 1427A, як приклад неправильної галактики розташованої на відстані близько 52 мільйонів світлових років від Землі.
Автор: NASA, ESA, and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA) - https://hubblesite.org/contents/news-releases/2005/news-2005-09.html (direct link), Суспільне надбання (Public Domain), Посилання. Wiki
Лінзоподібні галактики (позначаються літерою S0 та SB0)
Форма: Є перехідним типом між еліптичними та спіральними галактиками. Мають диск, як і спіральні галактики, але не мають спіральних рукавів, натомість мають великий балдж.
Склад: Як і еліптичні галактики, містять переважно старі зірки і мають мало газу та пилу.
Підтипи:
S0 - звичайна лінзоподібна галактика
SB0 - лінзоподібна галактика з баром
Класифікація де Вокулера додає ще SA0 та SAB0.
Рис. Лінзоподібна галактика NGC 5866 у сузір'ї Дракона.
Автор: NASA, ESA, and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA) - https://www.spacetelescope.org/images/opo0624a/, Суспільне надбання (Public Domain), Посилання. Wiki
Порожнечі між галактиками та волокниста структура Всесвіту#
Розподіл галактик у Всесвіті не є рівномірним. Вони не розкидані випадковим чином, а утворюють складну великомасштабну структуру, яку часто порівнюють з "космічною павутиною" або "нейронами головного мозку". Ця структура складається з трьох основних елементів:
1. Галактичні нитки (Філаменти, комплекси надскупчень, або стіни)#
Опис: Це величезні, витягнуті структури, що складаються зі скупчень і надскупчень галактик, газу та, ймовірно, темної матерії. Вони є "стінами" або "нитками" цієї космічної павутини, що простягаються на десятки і сотні мегапарсек (мільйонів світлових років).
Склад: Нитками павутини є не тільки розріджений газ, але й темна матерія, яка становить близько 85% усієї матерії у Всесвіті. Хоча темна матерія невидима, її гравітаційний вплив відіграє вирішальну роль у формуванні цієї структури.
Функція: На перетині цих ниток концентруються найбільші та найяскравіші галактики та їх скупчення.
2. Скупчення та надскупчення галактик#
Опис: Це найщільніші ділянки космічної павутини, де галактики збираються у великі групи. Скупчення можуть містити сотні і навіть тисячі галактик, пов'язаних гравітацією. Надскупчення – це ще більші структури, що складаються з кількох скупчень галактик.
Приклад: Наша Галактика Чумацький Шлях входить до Місцевої групи галактик, яка, у свою чергу, є частиною Надскупчення Діви.
3. Порожнечі (Войди)#
Опис: Це величезні області простору, які знаходяться між галактичними нитками. Вони характеризуються значно нижчою щільністю видимої матерії, ніж в інших ділянках Всесвіту.
Розміри: Можуть мати розміри від 40 мегапарсек (приблизно 130 мільйонів світлових років) до кількох сотень мегапарсек.
Наповнення: Хоча їх називають "порожнечами", вони не є повністю порожніми. У них все ще є розріджений газ і, ймовірно, темна матерія, але їхня концентрація набагато нижча, ніж у галактичних нитках.
Приклад: Відомою є Пустота Волопаса – одна з найбільших порожнеч, яка знаходиться в 700 мільйонах світлових років від нас.
Ця волокниста структура є результатом еволюції Всесвіту після Великого Вибуху. Неоднорідності в реліктовому випромінюванні (фоновому випромінюванні, що залишилося після Великого Вибуху) свідчать про те, що вже на ранніх стадіях існували нерівномірності в розподілі матерії. Гравітація з часом посилювала ці нерівномірності, змушуючи матерію скупчуватися в нитки та скупчення, залишаючи порожнечі між ними. Таким чином, Всесвіт у великих масштабах виглядає як величезна мережа, де галактики "нанизані" на невидимі нитки, а між ними розкинулися величезні порожнини.
Рис. Карта галактичних порожнеч (войдів).
By Base image is from Azcolvin429, cropped by Zeryphex, improved by Astronom5109 - This file was derived from: 7 Local Superclusters.png, CC BY-SA 3.0, Link. Wiki
Ядра галактик#
У центрі майже кожної великої галактики, включно з нашою Галактикою Чумацький Шлях, знаходиться надмасивна чорна діра (НМЧД). Їхня маса може коливатися від мільйонів до мільярдів сонячних мас. Саме активність або неактивність цієї чорної діри визначає, чи буде ядро галактики активним.
Активні ядра галактик (AGN - Active Galactic Nuclei)
Активні ядра галактик — це одні з найпотужніших та найяскравіших об'єктів у Всесвіті. Вони випромінюють величезну кількість енергії в усіх діапазонах електромагнітного спектра – від радіохвиль до рентгенівських та гамма-променів.
Що їх робить активними?
Акреція матерії на надмасивну чорну діру: Основною причиною активності є інтенсивне падіння (акреція) газу, пилу та навіть зірок на надмасивну чорну діру. Коли матерія наближається до НМЧД, вона починає обертатися навколо неї, утворюючи акреційний диск.
Високі температури та тертя: У цьому диску матерія прискорюється до величезних швидкостей і нагрівається до мільйонів градусів за Цельсієм через тертя та зіткнення частинок. Це нагрівання призводить до випромінювання величезної кількості енергії.
Потужні викиди (джети та вітри): З полюсів акреційного диска часто вириваються потужні струмені плазми, що рухаються майже зі швидкістю світла, які називаються джетами. Ці джети можуть простягатися на сотні тисяч світлових років за межі галактики. Також можуть спостерігатися потужні вітри з газу, що виходить з акреційного диска.
Широкий спектр випромінювання: Через різноманітність процесів (нагрівання диска, синхротронне випромінювання джетів, випромінювання від іонізованого газу) активні ядра галактик випромінюють у всьому електромагнітному спектрі, що є однією з їхніх ключових ознак.
Типи активних ядер галактик (залежно від кута огляду та яскравості):
Існує багато підтипів активних ядер галактик, але всі вони є проявами однієї й тієї ж фундаментальної фізики (акреції на НМЧД), просто ми бачимо їх по-різному залежно від кута, під яким ми дивимося на них, і кількості матерії, що падає на чорну діру.
Квазари: Найяскравіші та найвіддаленіші АЯГ. Вони можуть сяяти яскравіше, ніж сотні цілих галактик. Їхня назва походить від "квазізоряних радіоджерел", оскільки спочатку їх сприймали як зірки через їхній точковий вигляд.
Сейфертівські галактики: Менш яскраві, ніж квазари. Вони мають яскраві емісійні лінії в оптичному спектрі. Поділяються на два типи (Тип 1 і Тип 2) залежно від ширини цих ліній, що пов'язано з кутом огляду на диск і навколишню матерію.
Радіогалактики: Галактики з дуже потужним радіовипромінюванням, яке походить від джетів, що виходять з їхніх ядер.
Блазари: актичне ядро галактики, чий джет спрямований прямо на Землю. Це призводить до надзвичайної яскравості та швидкої змінності випромінювання.
Рис. Активна гігантська еліптична галактика M87. З центру галактики виривається релятивістський струмінь (джет).
Автор: NASA and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA), Суспільне надбання (Public Domain), Посилання. Wiki
У більшості галактик ядра не є активними (у тому числі в нашій галактиці Чумацький Шлях). Вони не випромінюють великої кількості енергії, не мають потужних джетів і не демонструють бурхливих процесів.
Що робить ядро галактики неактивними?
Мало матерії для акреції: Основна причина неактивності полягає в тому, що надмасивна чорна діра в центрі не має достатньої кількості газу або пилу для активної акреції. Вона, так би мовити, "голодує".
Спокійний стан: Навіть якщо якась невелика кількість матерії і потрапляє на чорну діру, це не призводить до утворення яскравого акреційного диска та потужних викидів.
Випромінювання від зірок: Світло від неактивного ядра переважно походить від зірок, що скупчилися в його центрі, а не від процесів, пов'язаних з чорною дірою.
Приклад:
Галактика Чумацький Шлях: Наша власна галактика має надмасивну чорну діру під назвою Стрілець А* (Sagittarius A*), яка, хоча і є НМЧД, наразі є відносно неактивною. Вона поглинає дуже мало матерії, і її яскравість значно нижча, ніж у квазарів або сейфертівських галактик. Проте, іноді спостерігаються невеликі спалахи активності, коли до неї наближається якась газова хмара.
Основні відмінності:
Характеристика |
Активні ядра галактик (АЯГ) |
Неактивні ядра галактик |
|---|---|---|
Джерело енергії |
Інтенсивна акреція матерії на надмасивну чорну діру |
Переважно світло від зірок у центральній області |
Випромінювання |
Дуже яскраве, в усіх діапазонах спектра (радіо, ІЧ, оптичний, УФ, рентген, гамма) |
Слабо виражене, переважно в оптичному та ІЧ діапазонах |
Потужність |
Може перевищувати світність всієї галактики господаря |
Незначна порівняно з рештою галактики |
Наявність джетів |
Часто присутні потужні релятивістські джети та вітри |
Відсутні |
Змінність випромінювання |
Часто демонструють значну та швидку змінність яскравості |
Стабільне випромінювання |
Навколишнє середовище |
Великі запаси газу та пилу, що можуть бути захоплені чорною дірою |
Недостатньо газу та пилу для активної акреції |
Розуміння активних та неактивних ядер галактик є ключовим для вивчення еволюції галактик. Вважається, що всі великі галактики протягом своєї історії проходили через фази активності, коли їхні центральні чорні діри активно "харчувалися" матерією, а потім переходили у спокійний стан. Це може бути пов'язано зі зіткненнями галактик, які спричиняють наплив газу до центру, або з іншими процесами, що доставляють матерію до надмасивної чорної діри.
Примітка: згодом тут буде додана інформація стосовно досліджень Фріц Цвіккі та Віри Рубін і перших гіпотез стосовно темної матерії.