АСТРОНОМІЯ - М. В. Головко 2018

Частина 2. Основи астрономії

Розділ ІІІ. Елементи позагалактичної астрономії

ТЕМА 3.2. ГАЛАКТИКИ

§ 26. ТИПИ ГАЛАКТИК

Ще сто років тому астрономи сприймали нашу галактику як увесь зоряний Всесвіт. Однак у 20-х роках ХХ ст. було розгадано таємницю «острівних всесвітів», тьмяних цяток на зоряному небі, які спостерігав у свій час В. Гершель. Як з'ясувалося, багато з цих об'єктів є зоряними системами, тобто галактиками.

1. З історії відкриття зоряних систем.

З допомогою своїх телескопів Вільям Гершель відкрив на зоряному небі кілька тисяч туманних плям, схожих на Туманність Андромеди. Окремі науковці висловлювали припущення, що це можуть бути зоряні системи, такі як Молочний Шлях. Але їхня природа була невідома ще понад 100 років. (У 1899 р. німецький астроном Юліус Шейнер виявивши схожість між оптичними спектрами Сонця й Туманності Андромеди, висловив припущення, що туманна пляма в сузір'ї Андромеди є величезним скупченням зір.)

На початку ХХ ст. астрономи дискутували щодо природи «острівних усесвітів» (так В. Гершель називав туманні плями, в яких було чітко видно спіральну структуру). Одні вважали, що всі ці об'єкти належать нашій галактиці. Інші наполягали на тому, що це зоряні системи, які лежать за межами Галактики і схожі з нею природою.

1923 р. американський астроном Едвін Габбл з допомогою 2,5-метрового телескопа обсерваторії Маунт-Вілсон виявив у Туманності Андромеди цефеїди. Із залежності період-світність (ч. 2, § 20, п. 2) для цефеїд він обчислив відстань до Туманності Андромеди. Хоча Габбл і помилився з її значенням, але вона виявилася значно більшою, ніж розміри Галактики. Стало очевидним, що об'єкт у сузір'ї Андромеди - зоряна система. Згодом Габбл встановив відстані до деяких інших «туманних плям» і показав, що вони перебувають далеко за межами Молочного Шляху. Так було з'ясовано, що наша галактика не єдина зоряна система у Всесвіті й започатковано новий розділ астрономії - позагалактичну астрономію.

Рис. 26.1. Туманність Андромеди - галактика, доступна для візуальних спостережень з території України та її зображення (на вставці), отримане з допомогою великого телескопа

Галактики - це гігантські зоряні системи, пов'язані в єдине ціле гравітаційною взаємодією. Вони розділені у просторі величезними відстанями. Від багатьох із них світло летить до нас сотні мільйонів і мільярди років. Не дивно, що вивчати їх можна лише в потужні телескопи. На небі Землі є лише три галактики, які відносно легко можна бачити неозброєним оком. Одна з них - Туманність Андромеди - доступна для спостережень в Україні. Ця зоряна система віддалена від нас на 2,5 млн св. р. Дві інші галактики - Велика та Мала Магелланові Хмари видно на зоряному небі Південної півкулі Землі.

2. Головні параметри галактик різних типів.

Світ галактик дуже розмаїтий. Тому не дивно, що нині є кілька класифікацій цих об'єктів. Першим галактики за їх зовнішнім виглядом класифікував Е. Габбл. Він виділив три типи галактик: еліптичні; спіральні й неправильні.

Рис. 26.2. «Камертон Габбла» - класифікація галактик, виконана Е. Габблом за їх зовнішнім виглядом

В еліптичних галактиках (їх позначають літерою Е) зорі розподілені переважно сферично-симетрично, тому такі галактики схожі на кулясті скупчення (рис. 26.3). їхні зорі старі, зоряного населення II, серед яких найяскравіші - червоні гіганти. Саме вони забарвлюють в червонуваті кольори всю галактику в цілому. Оскільки в таких галактиках майже немає міжзоряної матерії, зореутворення в них не відбувається. Маси еліптичних галактик дуже відмінні між собою: від менших за один мільйон (карликові еліптичні галактики) до кількох тисяч мільярдів сонячних мас (гігантські еліптичні галактики).

Рис. 26.3. Одна з найбільших еліптичних галактик М 87 (об'єкт під номером 87 у каталозі Месьє) лежить на небесній сфері в напрямку сузір'я Діви

Для спіральних галактик (S) властива структура у вигляді плоского тонкого диска, де міститься більша частина зір. У диску чітко видно спіральні рукави, або гілки, які огортають центральну світну зону - балдж. Залежно від ступеня «закрученості» рукавів, ці галактики підрозділяють на три типи і позначають Sа, Sb, Sc (рис. 26. 4).

Рис. 26.4. Приклади спіральних галактик типу ва (а), вb (б), вс (в)

Спіральні галактики з туго закрученими рукавами відносять до типу Sа. Вони мають яскравий і протяжний балдж, а рукави - нечіткі й розмиті. Якщо спіралі потужніші й чіткіші, а центральна зона виділяється менше, то такі галактики відносять до типу Sb. За наявності клочкуватої спіральної структури й балджа, що виокремлений слабко, галактики відносять до типу Sc.

До окремої групи належать спіральні галактики з перемичкою (SB): ядро галактики перетинає пряма зоряна смуга - перемичка, або бар, з якої й «ростуть» спіралі (рис. 26.5). Залежно від зовнішнього вигляду спіралей, ці галактики також підрозділяють на три типи (SВа, SBb і SBc).

Рис. 26.5. Спіральна галактика з перемичкою (тип вва)

Диски спіральних галактик зазвичай складаються з молодих зір зоряного населення I, які головно локалізуються в спіралях. Старі зорі населення II перебувають переважно в гало, тобто на периферії галактики. Крім того, міжзоряний простір у дисках спіральних галактик заповнений великою кількістю пилу та газу, з яких активно утворюються зорі.

Інші галактики через неможливість визначити їхню форму класифікують як неправильні (ІІ). Їхні маси малі (соті частки маси Молочного Шляху), і зазвичай вони є супутниками більших галактик. Типовий приклад таких зоряних систем - Магелланові Хмари. Неправильні галактики мають багато міжзоряної речовини й молодих зір.

Починаючи з 40-х років ХХ ст. відкрито зоряні системи, що випадають з традиційної класифікації Габбла,- це галактики з активними ядрами. До них належать галактики Сейферта, галактики Маркаряна, радіогалактики, квазари та деякі інші. Для всіх цих об'єктів, як порівняти зі звичайними галактиками, властива дуже інтенсивна енергетична діяльність у центральних зонах, зокрема в ядрі.

Рис. 26.6. Галактика Сейферта - один з типів активних галактик

1943 р. К. Сейферт опублікував список з десяти галактик, які тепер називають сейфер- товськими. У них надто малі, але дуже яскраві ядра. Розмірами й формою - це спіральні галактики, схожі на нашу, але ядро діаметром близько 300 пк випромінює до 40 % .

Рис. 26.7. Еліптична галактика із сузір'я Кентавра - приклад радіогалактики

Радіогалактики виявляють себе як два джерела інтенсивного радіовипромінювання, симетричні відносно оптичної галактики в тих місцях, де оптичні телескопи «бачать» лише порожній простір. Прикладом такої галактики є зоряна система Кентавр А (рис. 26.7).

В еліптичних галактиках практично немає міжзоряної речовини. То звідки береться в них газ, здатний тривалий час підтримувати явище радіогалактики? Збагачення такої галактики газом відбувається через поглинання нею багатої на міжзоряну речовину спіральної зоряної системи.

3. Квазари.

У 60-і роки ХХ ст. було зроблено ще одне важливе відкриття: деякі з потужних, але надзвичайно віддалених радіоджерел за спостережень в оптичному діапазоні своїм зовнішнім виглядом більше нагадували зорі, ніж галактики. їх було виділено в особливий клас і названо квазарами (квазізоряними радіоджерелами). Водночас було з'ясовано: оптичні спектри квазарів дуже схожі на спектри галактик Сейферта.

Вимірювання в спектрах квазарів червоного зміщення показало, що вони дуже швидко рухаються і перебувають на відстані 460-3070 Мпк від Землі.

Тобто, квазари - це одні з найвіддаленіших від нас об'єктів Всесвіту, що випромінюють величезну кількість енергії. Один з найпотужніших нині квазарів S 50014+81 випромінює енергію в 60 тисяч разів інтенсивніше ніж уся Галактика.

Рис. 26.8. Зображення квазара 3C 175, отримане за допомогою космічного телескопа імені Габбла

Природа квазарів упродовж двох десятків років була для астрономів загадкою, але копіткі спостереження дали змогу встановити: квазари не що інше, як дуже

компактні й активні ядра деяких галактик, де в об'ємі розмірами з Сонячну систему відбувається колосальне виділення енергії. Завдяки цьому ядра такі яскраві, що слабкі спіральні рукави галактик дуже важко побачити (рис. 26.8).

Квазари відносять до галактик з активними ядрами, в яких містяться над- масивні (від 100 млн до 1 млрд сонячних мас) чорні діри. Речовина, що падає в чорну діру, формує навколо неї в екваторіальній площині кільцеву структуру, яку називають акреційним диском. Падаючи в діру вздовж спіралі, газ внаслідок внутрішнього тертя сильно нагрівається й випромінює інфрачервоні, видимі, ультрафіолетові, рентгенівські промені, а часом і гамма-кванти, які можна зареєструвати.

Розмаїття галактик з активними ядрами, імовірно, лише зовнішнє й залежить від того, під яким кутом їх видно. Споглядаючи галактику з ребра, її оптичного випромінювання, значно ослабленого пилом, ми не бачимо. Але з ділянок обабіч галактичного диска, куди простягаються два перпендикулярні до його площини викиди речовини з ядра, нас без перешкод досягають радіохвилі - тоді це радіогалактика. Якщо галактика зорієнтована так, що викид спрямований уздовж лінії зору спостерігача, то можна прямо бачити її дуже яскраве ядро - тоді вона проявить себе як квазар. І нарешті, якщо площина галактичного диска має якийсь кут нахилу до променя зору спостерігача і можна спостерігати лише один викид, то, залежно від величини цього кута, об'єкт має вигляд або радіогалактики, або квазара.

Рис. 26.9. Об'єкт з активним ядром та його різновиди залежно від кута зору спостерігача (галактика Сейферта, радіогалактика, квазар)

Крім того, можливо квазари, радіогалактики й галактики Сейферта - це об'єкти одного роду, які перебувають на різних етапах своєї еволюції. Схоже на те, що за віком квазари молодші, а галактики Сейферта - старіші.

НАВЧАЛЬНІ ЗАВДАННЯ

• Яка особливість і яких зір дозволила Е. Габблу визначити відстань до Туманності Андромеди?

• Опишіть відмінності між галактиками різних типів згідно з класифікацією Е. Габбла.

ВИСНОВКИ

Галактики - це гігантські зоряні системи, зв'язані в єдине ціле гравітаційною взаємодією. Світ галактик надзвичайно різноманітний. Досі існує кілька класифікації цих об'єктів. Першу спробу класифікувати галактики за їхнім зовнішнім виглядом здійснив у 1925 р. Е. Габбл. Він виділив три типи галактик: еліптичні; спіральні та неправильні. У 40-х роках ХХ ст. виявили галактики з активними ядрами, а на початку 60-х років - квазари.