Перейти к содержанию

Спиральная галактика

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 10 декабря 2025 года; проверки требуют 4 правки.
Пример спиральной галактики, галактика Вертушка (M 101)

Спира́льная гала́ктика (обозначается S) — один из основных типов галактик в последовательности Хаббла, описанный им в 1936 году[1]. Такие галактики имеют значительную дисковую составляющую и небольшой балдж, и, в отличие от линзовидных галактик, имеют выраженные спиральные рукава, за что и получили своё название. Считается, что спиральные галактики составляют примерно половину всех галактик[2].

Согласно опубликованному в Astrophysical Journal Letters исследованию, анализ изображений 873 галактик, полученных космическим телескопом «Джеймс Уэбб» (JWST), опроверг ранее принятую гипотезу о возникновении спиральных галактик не ранее 6–7 миллиардов лет назад. Установлено, что уже 12 миллиардов лет назад, когда возраст Вселенной составлял одну шестую от текущего, истинная доля спиральных галактик достигала 35%. Эти данные, демонстрирующие четырехкратное превышение количества спиралей по сравнению с наблюдениями телескопа «Хаббл» для той же эпохи, указывают на более быструю стабилизацию галактического газа и требуют пересмотра существующих теорий эволюции галактик и механизмов формирования спиральных рукавов[3].

История изучения

[править | править код]

Впервые «спиральные туманности» как класс объектов описал Уильям Парсонс в 1845 году[4]. Однако, в те времена всё ещё считалось, что эти туманности находятся внутри Млечного пути и являются облаками газа и пыли, и только в 1926 году Эдвин Хаббл доказал, что такие объекты на самом деле расположены вне Млечного пути[5].

В 1846 году Уильям Парсонс выполнил зарисовки «туманности» M 51 (галактика Водоворот), зафиксировав на них крупномасштабную двухрукавную структуру. Наблюдение положило начало изучению спиральных структур, хотя идентификация подобных объектов как галактик, сопоставимых по размеру с Млечным Путем, произошла значительно позже[6].

В 1926 году Эдвин Хаббл предложил классификацию галактик, основанную на их морфологических подтипах. Данная система разделяет объекты на типы, однако не описывает все многообразие форм спиральных структур, существующих во Вселенной[6].

В 1964 году К. Линь и Ф. Шу разработали квазистационарную теорию волн плотности. Концепция объясняет возникновение упорядоченной структуры механическими колебаниями в диске, которые генерируют волны плотности, инициируют концентрацию звезд и газа, а также стимулируют активное звездообразование[6].

В 1966 году У. Джулиан и А. Тумре выдвинули теорию усиления колебаний (swing amplification). В рамках этой модели спиральные рукава интерпретируются как временные, но регулярно повторяющиеся структуры, возникающие вследствие локальных нестабильностей, в отличие от стационарных волн плотности[6].

В 1979 году Дж. Корменди и К. Норман на основе моделирования показали возможность формирования двурукой спиральной структуры за счет внешних факторов. Согласно полученным данным, такие структуры могут образовываться в ходе приливных взаимодействий галактики с окружающей средой[6].

В 1987 году Д. Элмгрин и Б. Элмгрин представили подробную классификацию, характеризующую непосредственную форму спиралей. Данная система используется для детального описания характеристик спиральных структур и дополняет классификацию Хаббла[6].

В 1990 году Б. Элмгрин выделил и описал основные типы спиральных структур на основе их упорядоченности. Классификация включает галактики с упорядоченной структурой (grand design, например M 81), флокулентные спирали с множеством коротких фрагментов (например M 63) и промежуточный класс многорукавных галактик (например M 33)[6].

В 1996 году Д. Кауфман и Г. Контопулос предложили теорию многообразия для объяснения природы рукавов в галактиках с перемычкой. Согласно теории, гравитационное воздействие перемычки (бара) упорядочивает звезды, движущиеся по хаотическим эксцентричным орбитам, формируя спиральные рукава[6].

В 2006 году К. Конселис определил количественную долю спиральных галактик в локальной Вселенной. Исследователь обнаружил, что такие объекты составляют около 75% от всех галактик ярче абсолютной звездной величины MB=−20[6].

В 2011 году К. Линтотт и соавторы классифицировали более миллиона объектов в рамках проекта Galaxy Zoo. Результаты работы с этим обширным каталогом подтвердили доминирующее положение спиральных галактик среди наблюдаемых объектов[6].

В 2020 году С. Савченко и коллеги проанализировали параметры спирального рисунка 155 галактик, применив оригинальный метод подгонки структуры. Исследователи не обнаружили значимых различий в углах закрутки и ширине рукавов между изолированными галактиками и галактиками, находящимися в группах и скоплениях[6].

В 2022 году Смит и соавторы исследовали характеристики более 4000 близлежащих дисковых галактик. Ученые пришли к выводу, что галактики в скоплениях обладают более слабыми спиралями, меньшим средним углом закрутки и чаще демонстрируют двурукую структуру, что указывает на влияние пространственной среды на формирование спирального узора[6].

Физические характеристики

[править | править код]
Зависимость Талли — Фишера для спиральных и линзовидных галактик

Параметры различных галактик, в том числе и спиральных, варьируются в широком диапазоне[2].

Спиральные галактики чаще всего имеют диаметры 20–40 кпк, хотя иногда встречаются и более крупные: так, например, крупнейшая известная спиральная галактика, NGC 6872, имеет диаметр около 160 кпк, что в пять раз больше, чем диаметр Млечного пути[7]. Большинство галактик имеет абсолютные звёздные величины от –21m до –23m, но встречаются также карликовые галактики с меньшей светимостью. Наконец, массы большинства галактик, включая карликовые, лежат в диапазоне от 109 до 1012 M⊙, причём галактики с большей массой встречаются реже, чем с меньшей[2].

Скорости вращения обычно лежат в пределах от 100 до 300 км/с. При этом характер вращения различается в различных галактиках и в разных частях галактик: в эллиптических галактиках и в балджах дисковых галактик звёзды и другие элементы галактики вращаются по вытянутым орбитам, лежащим в разных плоскостях. Движение же в дисковых составляющих линзовидных и спиральных галактик происходит по круговым орбитам приблизительно в одной плоскости[2].

Для спиральных галактик выполняется зависимость Талли — Фишера, связывающая общую светимость галактики и скорость её вращения. Эта зависимость применима и к линзовидным галактикам, но с немного другими коэффициентами[8].

Структура

[править | править код]

Спиральные галактики состоят из следующих компонентов:

Схема спиральной галактики, вид в профиль

Среди всех типов галактик (за исключением неправильных, не имеющих какой-либо структуры), в среднем, в спиральных галактиках наиболее выражена дисковая составляющая, и меньше всех — балдж[9][10]. В дисках спиральных галактиках наблюдаются галактические рукава, а сам диск обычно окружён галактическим гало. В гало содержится небольшая часть массы галактики, преимущественно старые звёзды поколения II и шаровые скопления. Таким же по содержанию является балдж, а диск, напротив, богат молодыми звёздами поколения I, рассеянными звёздными скоплениями и межзвёздным газом и пылью, а также туманностями[11].

Бар

[править | править код]

В некоторых спиральных галактиках присутствует перемычка в центре, называемая баром и проходящая между спиральными рукавами. Она есть и у Млечного Пути, как показали наблюдения 2005 года на Космическом телескопе имени Спитцера, и на данный момент ей обладает 2/3 всех спиральных галактик. Однако, со временем это число меняется: 8 миллиардов лет назад он был только у 11% спиральных галактик, и к моменту 2,5 миллиардов лет назад это число удвоилось[12].

Спиральная структура

[править | править код]

Галактические рукава, наблюдаемые только в дисках спиральных галактик, выделяются большей светимостью и голубым цветом на фоне диска и имеют форму логарифмической спирали. Во всех спиральных галактиках наблюдаются рукава, однако только в 10% спиральных галактик наблюдается упорядоченная структура. В 60% галактик спиральная структура менее регулярна, но, в целом, хорошо прослеживается, а оставшиеся 30% относятся к флоккулентным галактикам: их спиральный узор состоит из отдельных кусочков и не образует непрерывных спиралей[13].

Между рукавами также есть звёзды и межзвёздное вещество, но рукава галактик выделяются из-за того, что являются наиболее активными областями звездообразования в галактике. Именно в них образуются звёзды, однако, самые яркие и горячие из них живут недолго и не успевают переместиться в другие области диска. Поэтому они наблюдаются только в рукавах галактики, что и обеспечивает им высокую яркость и голубоватый цвет. Однако, в инфракрасном диапазоне спиральная структура также наблюдается, следовательно, рукава являются также областями повышенной плотности звёзд[13][14][15].

Долгое время был неизвестен ответ на вопрос, являются ли спирали «закручивающимися» или «раскручивающимися»: то есть, происходит ли вращение галактики внешним концом рукава, соответственно, назад или вперёд: в галактиках, наблюдаемых с ребра, невозможно разглядеть спиральную структуру, а у галактик, наблюдаемых плашмя, трудно измерить скорость вращения. На данный момент считается, что в большинстве галактик спирали закручиваются, однако в некоторых взаимодействующих галактиках встречалось обратное[13].

Происхождение спиральных рукавов также долгое время было загадкой: в простейшем представлении, в котором спиральные ветви содержат постоянно одно и то же вещество, за несколько оборотов галактики они бы растягивались и распадались. Поэтому на данный момент господствуют две гипотезы: либо спиральные рукава живут недолго и постоянно исчезают и возникают, либо же они движутся вокруг центра галактики со своей скоростью, отличной от скорости вращения галактики — таким образом, звездообразование постоянно происходит в разных областях[2][13][15].

Примеры спиральных галактик

[править | править код]

Примечания

[править | править код]
  1. ↑ Hubble, E.P. The realm of the nebulae. — New Haven: Yale University Press, 1936. — (Mrs. Hepsa Ely Silliman memorial lectures, 25). — ISBN 9780300025002. — OCLC 611263346.(pp. 124–151)
  2. 1 2 3 4 5 Кононович Э.В., Мороз В.И. Общий курс астрономии. — 2-е, исправленное. — УРСС, 2004. — С. 468—486. — 544 с. — ISBN 5-354-00866-2.
  3. ↑ FROMMER, ARIELLE. Sky & Telescope. Oct2024, Vol. 148 Issue 4, p8-8. 2/3p.
  4. ↑ Парсонс Уильям (лорд Росс). Астронет. Астронет. Дата обращения: 11 мая 2020. Архивировано 24 декабря 2010 года.
  5. ↑ Hubble, Edwin. Extragalactic nebulae (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing, 1926. — December (vol. 64, no. 64). — P. 321—369. — doi:10.1086/143018. — Bibcode:1926ApJ....64..321H.
  6. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 M. N. Skryabina, A. D. Panasyuk, A. V. Mosenkov, P. I. Smirnova, A. A. Marchuk, I. V. Chugunov, V. P. Reshetnikov. Investigation of the Spiral Structure of Galaxies in Compact Groups and in Isolation (англ.) // Astronomy Letters. — 2024-07. — Vol. 50, iss. 7. — P. 440–450. — ISSN 1063-7737. — doi:10.1134/S1063773724700312.
  7. ↑ Астрономы определили крупнейшую спиральную галактику. Lenta.ru. Дата обращения: 11 мая 2020. Архивировано 12 февраля 2017 года.
  8. ↑ Tully, R. B., Fisher, J. R., «A new method of determining distances to galaxies». (pdf) Astronomy and Astrophysics, vol. 54, no. 3, Feb. 1977, pp. 661—673. (abs) Архивная копия от 13 сентября 2016 на Wayback Machine.
  9. ↑ Binney & Merrifield. Galactic Astronomy. — 1998. — ISBN 0-691-02565-7.
  10. ↑ Lambas, D.G.; S.J.Maddox and J. Loveday. On the true shapes of galaxies (англ.) // MNRAS : journal. — 1992. — Vol. 258, no. 2. — P. 404—414. — doi:10.1093/mnras/258.2.404. — Bibcode:1992MNRAS.258..404L.
  11. ↑ Галактика. Астронет. Астронет. Дата обращения: 11 мая 2020. Архивировано 6 июля 2011 года.
  12. ↑ Hubble and Galaxy Zoo Find Bars and Baby Galaxies Don't Mix. Science Daily (16 января 2014). Дата обращения: 11 мая 2020. Архивировано 8 мая 2020 года.
  13. 1 2 3 4 Лекция 17. Спиральная структура Галактики. Астронет. Астронет. Дата обращения: 11 мая 2020. Архивировано 7 января 2020 года.
  14. ↑ Галерея спиральных галактик. Астронет. Астронет. Дата обращения: 11 мая 2020. Архивировано 5 января 2020 года.
  15. 1 2 Астрономия: век XXI / Ред.-сост. В. Г. Сурдин. — 2-е изд. — Фрязино: «Век 2», 2008. — С. 349. — ISBN 978-5-85099-181-4.

Ссылки

[править | править код]
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Спиральная_галактика&oldid=153134873