Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Пример спиральной галактики, Галактика Вертушка (также известная как Мессье 101 или NGC 5457).

Спиральные галактики образуют класс галактик, первоначально описанных Эдвином Хабблом в его работе 1936 года «Царство туманностей» [1], и как таковые являются частью последовательности Хаббла . Большинство спиральных галактик состоят из плоского вращающегося диска, содержащего звезды , газ и пыль , и центральной концентрации звезд, известной как балдж . Они часто окружены гораздо более тусклым ореолом звезд, многие из которых находятся в шаровых скоплениях .

Спиральные галактики названы по своим спиральным структурам, которые простираются от центра к галактическому диску. Спиральные рукава - это места продолжающегося звездообразования, и они ярче, чем окружающий диск, из-за населяющих их молодых горячих OB-звезд .

Примерно две трети всех спиралей имеют дополнительный компонент в виде стержневой структуры [2], идущей от центральной выпуклости, на концах которой начинаются спиральные рукава. Пропорция спиралей с перемычкой и спиралей без перемычек , вероятно, изменилась за всю историю Вселенной , около 8 миллиардов лет назад только около 10% содержали перемычки , примерно до четверти 2,5 миллиарда лет назад, до настоящего времени, где более двух третей у галактик в видимой Вселенной ( объем Хаббла ) есть полосы. [3]

Млечный Путь является перемычкой спирали, хотя сам бар трудно наблюдать из текущей позиции Земли в галактическом диске. [4] Наиболее убедительные доказательства того, что звезды образуют полосу в центре Галактики, получены из нескольких недавних исследований, включая космический телескоп Спитцера . [5]

Вместе с неправильными галактиками спиральные галактики составляют примерно 60% галактик в современной Вселенной. [6] Они в основном встречаются в областях с низкой плотностью и редко в центрах скоплений галактик. [7]

Структура [ править ]

Спиральная галактика с перемычкой UGC 12158 .

Спиральные галактики могут состоять из нескольких отдельных компонентов:

  • Плоский вращающийся диск из звезд и межзвездного вещества, спиральные рукава которого являются заметными компонентами.
  • Центральная звездная выпуклость, состоящая, в основном, из более старых звезд, напоминающая эллиптическую галактику.
  • Распределение звезд в виде столбика
  • Почти сферическое гало звезд, в том числе многие в шаровых скоплениях
  • Сверхмассивная черная дыра в самом центре центральной выпуклости
  • Гало темной материи почти сферической формы

Относительная важность с точки зрения массы, яркости и размера различных компонентов варьируется от галактики к галактике.

Спиральные рукава [ править ]

NGC 1300 в инфракрасном свете.

Спиральные рукава являются областями звезд , которые простираются от центра спиральных и решетчатыми спиральных галактик . Эти длинные и тонкие области напоминают спираль и поэтому дали название спиральным галактикам. Естественно, спиральные галактики разных классификаций имеют различную структуру рукавов. Галактики Sc и SBc, например, имеют очень «свободные» рукава, тогда как галактики Sa ​​и SBa имеют плотно закрытые рукава (со ссылкой на последовательность Хаббла). В любом случае спиральные рукава содержат много молодых голубых звезд (из-за высокой плотности массы и высокой скорости звездообразования), которые делают рукава такими яркими.

Выпуклость [ править ]

Спиральная галактика NGC 1589 [8]

Выпуклость является большой, плотно упакован группой звезд . Термин относится к центральной группе звезд в большинстве спиральных галактик, часто определяемой как избыток звездного света над внутренней экстраполяцией внешнего (экспоненциального) света диска.

Согласно классификации Хаббла, балдж Sa-галактик обычно состоит из звезд населения II , которые представляют собой старые красные звезды с низким содержанием металлов. Кроме того, балдж галактик Sa и SBa имеет тенденцию быть большим. В отличие от выпуклости Sc и SBc галактик намного меньше [9] и состоят из молодых голубых звезд населения I . Некоторые балджи имеют свойства, аналогичные свойствам эллиптических галактик (уменьшенные до более низкой массы и светимости); другие просто выглядят как центры дисков с более высокой плотностью со свойствами, подобными дисковым галактикам.

Считается, что в центре многих выпуклостей находится сверхмассивная черная дыра . Например, в нашей галактике объект под названием Стрелец A * считается сверхмассивной черной дырой. Существует множество доказательств существования черных дыр в центрах спиральных галактик, включая наличие активных ядер в некоторых спиральных галактиках и динамические измерения, которые обнаруживают большие компактные центральные массы в галактиках, таких как Мессье 106 .

Бар [ править ]

Спиральная галактика NGC 2008

Удлинение звезд в форме стержней наблюдается примерно в двух третях всех спиральных галактик. [10] [11] Их присутствие может быть сильным или слабым. В спиральных (и линзовидных) галактиках, видимых с ребра, наличие перемычки иногда можно определить по не относящимся к плоскости X-образным структурам или структурам (арахисовой скорлупы) [12] [13], которые обычно имеют максимальную видимость. на половину длины планки в плоскости.

Сфероид[ редактировать ]

Спиральная галактика NGC 1345

Большая часть звезд в спиральной галактике расположена либо близко к одной плоскости ( галактической плоскости ) на более или менее обычных круговых орбитах вокруг центра галактики ( Галактический центр ), либо в сфероидальной галактической выпуклости вокруг галактического центра. основной.

Однако некоторые звезды обитают в сфероидальном гало или галактическом сфероиде , типе галактического гало . Орбитальное поведение этих звезд является спорным, но они могут проявлять ретроградные и / или сильно наклоненные орбиты, или не двигаться в регулярных орбитах вообще. Звезды гало могут быть получены из небольших галактик, которые падают в спиральную галактику и сливаются с ней - например, карликовая сфероидальная галактика Стрельца находится в процессе слияния с Млечным путем, и наблюдения показывают, что некоторые звезды в гало Млечного Пути имеют был приобретен с него.

NGC 428 - спиральная галактика с перемычкой, расположенная примерно в 48 миллионах световых лет от Земли в созвездии Кита . [14]

В отличие от галактического диска, гало кажется свободным от пыли , и, напротив, звезды в галактическом гало относятся к популяции II , намного старше и с гораздо меньшей металличностью, чем их кузены из популяции I в галактическом диске (но похожи на те, что в галактическом балджу). Галактическое гало также содержит множество шаровых скоплений .

Движение звезд-гало действительно иногда переносит их через диск, и считается , что несколько маленьких красных карликов, близких к Солнцу , принадлежат к галактическому гало, например Звезда Каптейна и Грумбридж 1830 . Из-за нерегулярного движения вокруг центра галактики эти звезды часто демонстрируют необычно высокое собственное движение .

Самая старая спиральная галактика [ править ]

Самая старая спиральная галактика в файле - BX442 . Ему одиннадцать миллиардов лет, и это более чем на два миллиарда лет старше любого предыдущего открытия. Исследователи полагают, что форма галактики обусловлена ​​гравитационным влиянием карликовой галактики- компаньона . Компьютерные модели, основанные на этом предположении, показывают, что спиральная структура BX442 прослужит около 100 миллионов лет. [15] [16]

Связанные [ править ]

В июне 2019 года гражданские ученые через Galaxy Zoo сообщили, что обычная классификация Хаббла , особенно в отношении спиральных галактик , может не поддерживаться и может нуждаться в обновлении. [17] [18]

Происхождение спиральной структуры [ править ]

Спиральная галактика NGC 6384, сделанная космическим телескопом Хаббла .
Спиральная галактика NGC 1084 , дом пяти сверхновых . [19]

Пионером в изучении вращения Галактики и образования спиральных рукавов был Бертил Линдблад в 1925 году. Он понял, что идея звезд, постоянно расположенных в форме спирали, несостоятельна. Поскольку угловая скорость вращения галактического диска изменяется с расстоянием от центра галактики (с помощью стандартной гравитационной модели солнечной системы), радиальное плечо (например, спица) быстро искривляется по мере вращения галактики. Рукав после нескольких галактических оборотов станет все более изогнутой и обвивается вокруг галактики все сильнее. Это называется проблемой намотки . Измерения в конце 1960-х годов показали, что орбитальная скорость звезд в спиральных галактикахпо отношению к их расстоянию от центра Галактики действительно выше, чем ожидалось из ньютоновской динамики, но все еще не может объяснить стабильность спиральной структуры.

С 1970-х годов существуют две основные гипотезы или модели спиральных структур галактик:

  • звездообразование, вызванное волнами плотности в галактическом диске галактики.
  • стохастическая модель самораспространяющегося звездообразования (модель SSPSF ) - звездообразование, вызванное ударными волнами в межзвездной среде . Ударные волны вызваны звездными ветрами и сверхновыми звездами недавнего предыдущего звездообразования, что приводит к самораспространяющимся и самоподдерживающимся звездообразованиям. Затем спиральная структура возникает из-за дифференциального вращения диска галактики.

Эти разные гипотезы не исключают друг друга, так как они могут объяснять разные типы спиральных рукавов.

Модель волны плотности [ править ]

Основная статья: Теория волны плотности
Воспроизвести медиа
Анимация орбит, предсказанная теорией волн плотности, объясняющей существование стабильных спиральных рукавов. Звезды движутся в спиральные рукава и выходят из них, когда они вращаются вокруг галактики.

Бертил Линдблад предположил, что рукава представляют собой области повышенной плотности (волны плотности), которые вращаются медленнее, чем звезды и газ галактики. Когда газ попадает в волну плотности, он сжимается и образует новые звезды, некоторые из которых являются короткоживущими голубыми звездами, освещающими руки. [20]

Историческая теория Линя и Шу [ править ]

Увеличенная диаграмма, иллюстрирующая объяснение Линем и Шу спиральных рукавов с точки зрения слегка эллиптических орбит.

Первая приемлемая теория спиральной структуры была разработана CC Lin и Frank Shu в 1964 г. [21]попытка объяснить крупномасштабную структуру спиралей в терминах волны малой амплитуды, распространяющейся с фиксированной угловой скоростью, которая вращается вокруг галактики со скоростью, отличной от скорости газа и звезд галактики. Они предположили, что спиральные рукава были проявлением спиральных волн плотности - они предположили, что звезды движутся по слегка эллиптическим орбитам, и что ориентации их орбит коррелированы, то есть эллипсы меняются по своей ориентации (друг к другу) плавно с увеличивающееся расстояние от галактического центра. Это показано на диаграмме справа. Ясно, что эллиптические орбиты сближаются в определенных областях, создавая эффект рук. Поэтому звезды не остаются навсегда в том положении, в котором мы их сейчас видим, а проходят сквозь рукава, путешествуя по своим орбитам.[22]

Звездообразование, вызванное волнами плотности [ править ]

Существуют следующие гипотезы о звездообразовании, вызванном волнами плотности:

  • Когда газовые облака переходят в волну плотности, локальная массовая плотность увеличивается. Поскольку критерий коллапса облаков ( джинсовая нестабильность ) зависит от плотности, более высокая плотность увеличивает вероятность коллапса облаков и образования звезд.
  • Когда волна сжатия проходит, она вызывает звездообразование на переднем крае спиральных рукавов.
  • Когда облака захватываются спиральными рукавами, они сталкиваются друг с другом и прогоняют через газ ударные волны , которые, в свою очередь, заставляют газ коллапсировать и образовывать звезды.
Яркая галактика NGC 3810 демонстрирует классическую спиральную структуру на этом очень подробном изображении Хаббла. Предоставлено: ЕКА / Хаббл и НАСА.

Больше молодых звезд в спиральных рукавах [ править ]

Спиральные рукава кажутся визуально ярче, потому что они содержат как молодые звезды, так и более массивные и светящиеся звезды, чем остальная часть галактики. Поскольку массивные звезды эволюционируют гораздо быстрее, [23] их гибель имеет тенденцию оставлять более темный фон из более слабых звезд сразу за волнами плотности. Это делает волны плотности более заметными. [20]

Кажется, что спиральные рукава проходят через старые известные звезды, когда они движутся по своим галактическим орбитам, поэтому они также не обязательно следуют за рукавами. [20] Когда звезды движутся по рукаву, пространственная скорость каждой звездной системы изменяется под действием гравитационной силы локальной более высокой плотности. Кроме того, вновь созданные звезды не остаются навсегда зафиксированными в положении внутри спиральных рукавов, где средняя космическая скорость возвращается к норме после того, как звезды уходят с другой стороны рукава. [22]

Гравитационные орбиты [ править ]

Чарльз Фрэнсис и Эрик Андерсон показали из наблюдений за движением более 20000 местных звезд (в пределах 300 парсеков), что звезды действительно движутся по спиральным рукавам, и описали, как взаимная гравитация между звездами заставляет орбиты выравниваться по логарифмическим спиралям. Когда теория применяется к газу, столкновения между газовыми облаками порождают молекулярные облака, в которых формируются новые звезды , и объясняется эволюция в сторону грандиозных бисимметричных спиралей. [24]

Распределение звезд по спиралям [ править ]

Подобное распределение звезд в спиралях

Звезды в спиралях распределены в тонких дисках радиально с такими профилями интенсивности, что [25] [26] [27]

с масштабом диска; центральное значение; полезно определить: как размер звездного диска, светимость которого равна

.

Профили света спиральных галактик по координате не зависят от светимости галактик.

Спиральная туманность [ править ]

До того, как стало понятно, что спиральные галактики существуют за пределами нашей галактики Млечный Путь, их часто называли спиральными туманностями . Вопрос о том, были ли такие объекты отдельными галактиками, независимыми от Млечного Пути, или типом туманности, существующей в нашей собственной галактике, был предметом Великой дискуссии 1920 года между Хибером Кертисом из обсерватории Лик и Харлоу Шепли из Mt. Обсерватория Вильсона . Начиная с 1923 года, Эдвин Хаббл [28] [29] наблюдал цефеиды в нескольких спиральных туманностях, включая так называемую «туманность Андромеды»., доказывая, что на самом деле это целые галактики за пределами нашей. Термин спиральная туманность с тех пор вышел из употребления.

Млечный Путь [ править ]

Когда-то Млечный Путь считался обычной спиральной галактикой. Впервые астрономы начали подозревать, что Млечный Путь представляет собой спиральную галактику с перемычкой в ​​1960-х годах. [30] [31] Их подозрения были подтверждены наблюдениями космического телескопа Спитцер в 2005 году, [32] которые показали, что центральная полоса Млечного Пути больше, чем предполагалось ранее.

Спиральные рукава галактики Млечный Путь - по данным WISE .

Известные примеры [ править ]

Дополнительная информация: Список спиральных галактик.
  • Галактика Андромеды  - Спиральная галактика в Местной группе
  • Млечный Путь  - спиральная галактика, содержащая нашу Солнечную систему.
  • Галактика  Вертушка - Спиральная галактика в созвездии Большой Медведицы.
  • Подсолнечник Галактика
  • Галактика Треугольник
  • Галактика Водоворот

См. Также [ править ]

Классификация [ править ]

  • Дисковая галактика  - галактика, характеризующаяся сплющенным круговым объемом звезд, который может включать центральную выпуклость.
  • Карликовая эллиптическая галактика
  • Карликовая сфероидальная галактика  - маленькие галактики с низкой светимостью с очень небольшим количеством пыли и более старым звездным населением.
  • Флокулянтная спиральная галактика  - пятнистая галактика с прерывистыми спиральными рукавами.
  • Диаграмма цвет – величина галактики
  • Спиральная галактика грандиозного дизайна  - Галактика с хорошо выраженными спиральными рукавами,
  • Промежуточная спиральная галактика  - галактика, которая находится между классификациями спиральной галактики с перемычкой и спиральной галактики без перемычки.
  • Линзовидная галактика  - тип галактики, промежуточный между эллиптической и спиральной галактиками.
  • Кольцевая галактика  - галактика в виде круга.
  • Галактика со вспышкой звездообразования  - галактика, в которой наблюдается исключительно высокая скорость звездообразования.
  • Галактика Сейферта  - класс активных галактик с очень яркими ядрами.

Другое [ править ]

  • Галактическая система координат  - небесная система координат в сферических координатах с Солнцем в центре.
  • Галактическая корона  - горячий ионизированный газовый компонент в гало Галактики.
  • Формирование и эволюция галактик  - процессы, которые сформировали неоднородную Вселенную с однородного начала, формирование первых галактик, способ изменения галактик с течением времени.
  • Кривая вращения галактики
  • Группы и скопления галактик  - Вся материя, которую можно наблюдать с Земли в настоящее время.
  • Список галактик
  • Список ближайших галактик
  • Список спиральных галактик
  • Звездный ореол
  • Хронология знаний о галактиках, скоплениях галактик и крупномасштабной структуре
  • Соотношение Талли – Фишера  - тенденции в астрономии

Ссылки [ править ]

  1. ^ Хаббл, EP (1936). Царство туманностей . Мемориальные лекции миссис Хепса Эли Силлиман, 25. Нью-Хейвен: издательство Йельского университета . ISBN 9780300025002. OCLC  611263346 . Альтернативный URL (стр. 124–151)
  2. ^ D. Михаласа (1968). Галактическая астрономия . WH Freeman. ISBN 978-0-7167-0326-6.
  3. ^ "Хаббл и зоопарк Галактики находят стержни, а детские галактики не смешиваются" . Science Daily . 16 января 2014 г.
  4. ^ "Рябь в галактическом пруду" . Scientific American . Октябрь 2005. Архивировано из оригинала 6 сентября 2013 года .
  5. ^ RA Бенджамин; Э. Черчвелл; Б.Л. Баблер; Р. Индебетоу; MR Meade; Б. А. Уитни; К. Уотсон; MG Wolfire; MJ Wolff; Р. Игнас; ТМ Bania; С. Бракер; Д. П. Клеменс; Л. Чомюк; М. Коэн; Дж. М. Дики; Дж. М. Джексон; Кобульницкий Х.А. EP Mercer; JS Mathis; С. Р. Столовий; Б. Узпен (сентябрь 2005 г.). «Первые результаты GLIMPSE по звездной структуре Галактики». Письма в астрофизический журнал . 630 (2): L149 – L152. arXiv : astro-ph / 0508325 . Bibcode : 2005ApJ ... 630L.149B . DOI : 10.1086 / 491785 .
  6. ^ Loveday, J. (февраль 1996). "Каталог ярких галактик APM". Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 278 (4): 1025–1048. arXiv : astro-ph / 9603040 . Bibcode : 1996MNRAS.278.1025L . DOI : 10.1093 / MNRAS / 278.4.1025 .
  7. ^ Дресслер, А. (март 1980). «Морфология галактик в богатых скоплениях - значение для образования и эволюции галактик». Астрофизический журнал . 236 : 351–365. Bibcode : 1980ApJ ... 236..351D . DOI : 10.1086 / 157753 .
  8. ^ "Голодные муки" . Дата обращения 9 марта 2020 .
  9. ^ Алистер В. Грэм и К. Клэр Уорли (2008), Параметры галактик с поправкой на наклонение и пыль: отношения балджа к диску и отношения размер-светимость
  10. ^ de Vaucouleurs, G .; de Vaucouleurs, A .; Corwin, HG, Jr .; Buta, RJ; Paturel, G .; Фуке П. (2016), Третий справочный каталог ярких галактик
  11. ^ BD Simmons et al. (2014), Зоопарк Галактики: КАНДЕЛИ, диски с перемычкой и дроби
  12. ↑ Astronomy Now (8 мая 2016 г.), астрономы обнаруживают двойные галактики типа «арахисовая скорлупа».
  13. ^ Богдан С. Ciambur и Алистер У. Грэма (2016), Количественный (х / арахисовый) -образная структура ребра дисковых галактик: длина, прочность, и вложенный арахис
  14. ^ "Месиво звезд" . Дата обращения 11 августа 2015 .
  15. ^ Самая старая спиральная галактика - урод космоса http://www.zmescience.com/space/oldest-spiral-galaxy-31321/
  16. ↑ Гонсалес, Роберт Т. (19 июля 2012 г.). «Хаббл обнаружил древнюю галактику, которой не должно быть» . io9 . Проверено 10 сентября 2012 года .
  17. ↑ Королевское астрономическое общество (11 июня 2019 г.). «Гражданские ученые перенастраивают классификацию галактик Хаббла» . EurekAlert! . Проверено 11 июня 2019 .
  18. ^ Мастерс, Карен Л .; и другие. (30 апреля 2019 г.). «Зоопарк Галактики: проблема разматывания спирали - наблюдения выпуклости спиральной выпуклости и углов наклона рукавов предполагают, что местные спиральные галактики извиваются». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 487 (2): 1808–1820. arXiv : 1904.11436 . Bibcode : 2019MNRAS.487.1808M . DOI : 10.1093 / MNRAS / stz1153 .
  19. ^ "Спиральный дом для взрывающихся звезд" . ЕКА / Хаббл . Проверено 2 апреля 2014 года .
  20. ^ a b c Белкора, Л. (2003). Размышляя о небесах: история открытия Млечного пути . CRC Press . п. 355. ISBN 978-0-7503-0730-7.
  21. ^ Лин, СС; Шу, FH (август 1964 г.). «О спиральной структуре дисковых галактик». Астрофизический журнал . 140 : 646–655. Bibcode : 1964ApJ ... 140..646L . DOI : 10.1086 / 147955 .
  22. ^ a b Хенбест, Найджел (1994), Путеводитель по Галактике , Cambridge University Press , стр. 74, ISBN 9780521458825, Линь и Шу показали, что этот спиральный узор будет сохраняться более или менее вечно, даже несмотря на то, что отдельные звезды и газовые облака всегда дрейфуют в рукава и снова.
  23. ^ "Время жизни основной последовательности" . Swinburne Astronomy Online . Суинбернский технологический университет . Проверено 8 июня 2019 .
  24. ^ Фрэнсис, C .; Андерсон, Э. (2009). «Галактическая спиральная структура». Труды Королевского общества A: математические, физические и инженерные науки . 465 (2111): 3425–3446. arXiv : 0901.3503 . Bibcode : 2009RSPSA.465.3425F . DOI : 10.1098 / rspa.2009.0036 .
  25. ^ Ф. Ширли Паттерсон (1940), Градиент яркости Мессье 33
  26. ^ Жерар де Вокулёр (1957), Исследования Магеллановых облаков. III. Поверхностная яркость, цвета и интегральные величины Облаков.
  27. Перейти ↑ Freeman, KC (1970). «На дисках спиральных и других галактик». Астрофизический журнал . 160 : 811. Bibcode : 1970ApJ ... 160..811F . DOI : 10,1086 / 150474 .
  28. ^ «НАСА - Хаббл рассматривает звезду, которая изменила Вселенную» .
  29. ↑ Хаббл, EP (май 1926 г.). «Спиральная туманность как звездная система: Мессье 33». Астрофизический журнал . 63 : 236–274. Bibcode : 1926ApJ .... 63..236H . DOI : 10.1086 / 142976 .
  30. ↑ Жерар де Вокулёр (1964), Интерпретация распределения скоростей внутренних областей Галактики
  31. ^ Chen, W .; Gehrels, N .; Diehl, R .; Хартманн, Д. (1996). «Об интерпретации спирального рукава особенностей карты COMPTEL 26 Al». Обзоры космической науки . 120 : 315–316. Bibcode : 1996A и AS..120C.315C .
  32. ↑ Макки, Мэгги (16 августа 2005 г.). «Бар в сердце Млечного Пути открыт» . Новый ученый . Проверено 17 июня 2009 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Giudice, GF; Mollerach, S .; Руле, Э. (1994). «Может ли EROS / MACHO обнаруживать галактический сфероид вместо галактического гало?». Physical Review D . 50 (4): 2406–2413. arXiv : astro-ph / 9312047 . Bibcode : 1994PhRvD..50.2406G . DOI : 10.1103 / PhysRevD.50.2406 . PMID  10017873 .
  • Стивенс, Тим (6 марта 2007 г.). «Обзор AEGIS раскрывает новый принцип формирования и эволюции галактик» . Калифорнийский университет в Санта-Крус. Архивировано из оригинального 11 -го марта 2007 года . Проверено 24 мая 2006 года .
  • Спиральные галактики @ SEDS страницы Мессье
  • SpiralZoom.com , образовательный сайт о спиральных галактиках и других спиральных образованиях, встречающихся в природе. Для средней школы и широкой аудитории.
  • Объяснение спиральной структуры
  • GLIMPSE: экстраординарный инфракрасный средний план Галактического наследия
  • Меррифилд, М.Р. "Спиральные галактики и скорость узоров" . Шестьдесят символов . Brady Харан для Ноттингемского университета .