Сергей Попов - Вселенная. Краткий путеводитель по пространству и времени - от Солнечной системы до самых далеких галактик и от Большого взрыва до будущего Вселенной

Видимые размеры самых крупных галактик составляют сотни тысяч световых лет. Размеры самых компактных галактик (так называемых ультракомпактных карликов) составляют несколько тысяч световых лет. По всей видимости, эти галактики когда-то были больше и массивнее, но сильное взаимодействие с более крупными соседями привело к обдиранию их внешних частей, и в результате мы видим то, что когда-то было компактной центральной частью галактики.

Эллиптические галактики в подавляющем большинстве не содержат холодного газа и пыли, которые могли бы превращаться в звезды. Поэтому они населены старыми маломассивными звездами и имеют желтовато-красноватый цвет, свойственный этим объектам. Такие галактики могут быть как легкими, так и тяжелыми. Самые массивные галактики – это гигантские эллиптические системы, находящиеся в центрах крупных скоплений галактик. Как правило, они формировались в результате многократных слияний и поглощений, а также аккреции большого количества газа, а в центрах таких галактик находятся очень массивные черные дыры. Звезды в эллиптических галактиках вращаются по вытянутым орбитам, ориентированным под разными углами друг к другу, а как целое эллиптические галактики вращаются медленно.

Эллиптические галактики населены в основном старыми маломассивными звездами.

Многие галактики в процессе своего формирования приобретают диск. Появление такой структуры означает, что когда-то в галактику так или иначе попало большое количество газа со значительным моментом импульса (иногда используют термин «угловой момент»), который затем частично превращается в звезды. В результате возникает сильно уплощенная вращающаяся структура из звезд, газа и пыли.

Линзовидные галактики, как и спиральные, имеют диск, но в нем уже недостаточно газа для активного звездообразования. Такие диски не имеют заметных спиралей, в которых велик темп формирования звезд. Линзовидные галактики достаточно многочисленны, особенно в скоплениях. В классическом варианте классификации, предложенном Хабблом (так называемый камертон Хаббла), они занимают промежуточное положение между эллиптическими и спиральными.

Наиболее известны спиральные галактики. В их дисках достаточно газа для образования новых поколений звезд, именно в спиральных рукавах идет наиболее активное звездообразование – там возникает большое количество ярких голубых массивных звезд с коротким временем жизни, которые и очерчивают спиральный узор, придавая ему бело-голубоватый цвет. Существует несколько механизмов образования спиралей: связанные с воздействием близкой галактики или бара внутри самой галактики, процессами звездообразования и др. В 1964 г. Цзя-цзяо Линь (Chia-Chiao Lin) и Фрэнк Шу (Frank Shu) заложили основы теории волн плотности, которая затем была использована для объяснения появления спирального узора. В этой модели спирали связаны с уплотнением звезд, которое в масштабах галактики имеет характер волны, движущейся по диску с постоянной угловой скоростью. Это уплотнение звезд приводит, в свою очередь, к уплотнению газа за счет формирования области с более глубоким гравитационным потенциалом.

Важно понимать, что звездная плотность между спиральными рукавами лишь ненамного меньше, чем в рукавах. Разница состоит в звездном населении: массивные яркие звезды имеют небольшую продолжительность жизни, и поскольку они в основном рождаются в рукавах, то между ветвями их мало. Спиральный узор вращается, но его скорость на разных расстояниях от центра галактики отличается от скорости вращения звезд (кроме узкой зоны коротации, вблизи которой, возможно, находится и Солнце). Как правило, скорость спирального узора меньше скорости вращения звезд, так что долгоживущие звезды диска, совершающие за время своей жизни много оборотов вокруг центра галактики, периодически догоняют спиральные рукава и проходят сквозь них.

Кроме дисков со спиральной структурой, где формируются новые поколения звезд, у большинства спиральных (и линзовидных) галактик также есть балджи. Это центральные образования примерно сферической формы размером до нескольких тысяч световых лет, состоящие в основном из старых маломассивных звезд. Звездообразование в балджах линзовидных галактик практически не идет из-за отсутствия необходимого для этого газа, хотя небольшое его количество нередко все же наблюдается вблизи центров таких галактик. В спиральных галактиках газ и молодые звезды могут присутствовать на любом расстоянии от центра, в том числе и внутри балджа, но за редким исключением только вблизи плоскости звездного диска.