"Астрономия (базовый уровень)", Левитан Е.П.
Галактика — огромная гравитационно связанная система, в которую входят звёзды, газ, пыль, тёмное вещество и другие объекты. Галактики различаются формой, составом и активностью звездообразования: бывают эллиптическими, спиральными и неправильными. По спектру света астрономы определяют красное смещение и скорость удаления галактик, а закон Хаббла связывает эту скорость с расстоянием. Особое место занимают квазары — необычайно яркие активные ядра далёких галактик.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Галактика — гравитационно связанная система звёзд, газа, пыли, тёмного вещества и других объектов. Её части удерживаются общим притяжением, поэтому галактика является самостоятельной огромной звёздной системой. Это понятие нужно, чтобы отличать галактики от отдельных звёзд и небольших скоплений.
Морфологический тип галактики — классификация галактик по их форме и строению. По внешнему виду определяют, есть ли у объекта диск, спиральные рукава или выраженная округлая форма. Такая классификация помогает предположить состав галактики и особенности её развития.
Закон Хаббла — зависимость скорости удаления галактики от расстояния до неё: v = H₀r. Здесь v — скорость удаления, r — расстояние, а H₀ — постоянная Хаббла. Закон позволяет по наблюдаемой скорости оценивать расстояние до далёкой галактики.
Квазар — чрезвычайно яркое активное ядро далёкой галактики, излучающее огромную энергию. Его свечение может превосходить суммарный свет миллиардов обычных звёзд. Изучение квазаров показывает, насколько мощными бывают процессы в центральных областях галактик.
Галактики считают отдельными звёздными системами, потому что они имеют собственное гравитационное поле и включают огромное количество звёзд, межзвёздного газа, пыли и тёмного вещества. Звёздное скопление тоже удерживается притяжением, но обычно содержит гораздо меньше объектов и является лишь частью галактики. Кроме того, галактика имеет сложную структуру и может включать разные области с различными условиями.
По внешнему виду галактики разделяют на эллиптические, спиральные и неправильные. Эллиптические выглядят как округлые или вытянутые светящиеся системы, спиральные имеют диск, центральное утолщение и рукава, а неправильные не обладают устойчивой симметричной формой. Форма отражает движение звёзд, распределение вещества и историю взаимодействий галактики.
Газ и пыль служат исходным материалом для рождения новых звёзд. Под действием собственной гравитации плотные облака сжимаются, нагреваются и превращаются в области звездообразования. Поэтому там, где много газа, пыли и молодых горячих звёзд, галактика обычно выглядит более активной и яркой в отдельных участках.
Свет далёкой галактики при наблюдении часто смещён в красную часть спектра: длины волн становятся больше. Такое красное смещение показывает, что расстояние между нами и галактикой увеличивается, а на больших масштабах это связано прежде всего с расширением Вселенной. Чем дальше галактика, тем обычно больше её скорость удаления, что выражает закон Хаббла.
Обычный свет галактики складывается из излучения множества звёзд, но активное ядро может выделяться необычно большой яркостью. В центре такой системы вещество разогревается при падении к сверхмассивной чёрной дыре и испускает энергию в широком диапазоне электромагнитного спектра. Если активное ядро очень далеко и выглядит как почти точечный источник, его называют квазаром.
В таблице сопоставлены признаки, по которым галактики различают при наблюдениях. Сначала обращают внимание на форму, затем оценивают содержание газа и пыли, население звёздами и активность звездообразования. Пример помогает связать общее описание типа с конкретным объектом.
| Свойство | Эллиптические галактики | Спиральные галактики | Неправильные галактики |
|---|---|---|---|
| Внешняя форма | Сфероидальная или эллипсоидальная | Диск со спиральными рукавами и центральным утолщением | Не имеет правильной устойчивой формы |
| Содержание газа и пыли | Небольшое | Заметное, особенно в диске и рукавах | Обычно значительное |
| Преобладающее население звёзд | Старые звёзды | Старые звёзды в центральной части и молодые в рукавах | Молодые и старые звёзды |
| Звездообразование | Слабое | Активное в спиральных рукавах | Часто интенсивное |
| Пример | Гигантская эллиптическая галактика в скоплении | Галактика Андромеды | Большое и Малое Магеллановы Облака |
Условие: галактика имеет плоский диск, центральное утолщение и хорошо заметные спиральные рукава. Определите её морфологический тип. Здесь не требуется вычислений: нужно сопоставить признаки объекта с классификацией.
Ответ: галактика относится к спиральному морфологическому типу.
Условие: скорость удаления галактики равна 7000 км/с, постоянная Хаббла H₀ = 70 км/(с·Мпк). Найдите расстояние до галактики. Используем закон Хаббла и выразим из него расстояние.
Ответ: расстояние до галактики равно 100 Мпк.
Условие: красное смещение галактики z = 0,01. При малых z считать v ≈ cz, где c = 300 000 км/с, а H₀ = 70 км/(с·Мпк). Найдём сначала скорость, а затем расстояние, потому что закон Хаббла связывает расстояние именно со скоростью.
Ответ: скорость удаления галактики примерно 3000 км/с, расстояние — около 43 Мпк.
Ошибка — считать, что все галактики имеют спиральную форму. Такое представление возникает потому, что спиральные галактики хорошо заметны на фотографиях и имеют выразительную структуру. Проверьте себя: ищите признаки эллиптического или неправильного типа, а не подгоняйте любой объект под спиральный.
Ошибка — путать галактику и звёздное скопление. Скопление является сравнительно небольшой группой звёзд, тогда как галактика включает огромное количество объектов, газ, пыль и тёмное вещество. Проверка проста: спросите, является ли рассматриваемая система частью более крупной галактики.
Ошибка — объяснять красное смещение только обычным эффектом Доплера. При больших космических расстояниях главным образом учитывают расширение пространства, из-за которого увеличивается расстояние между галактиками. При проверке ответа укажите не только удаление источника, но и космологическое расширение Вселенной.
Ошибка — неверно применять закон Хаббла, путая скорость и расстояние или смешивая единицы. Этого допускают, когда сразу подставляют числа без записи формулы и обозначений. Сначала выразите нужную величину, затем проверьте, что при v в км/с и H₀ в км/(с·Мпк) результат получен в Мпк.
Для понимания галактик нужны знания о строении Млечного Пути, светимости, видимой звёздной величине и спектре. Эти понятия помогают сравнивать яркость объектов и узнавать состав и движение вещества по спектральным линиям. Без них трудно объяснить, как получают сведения о далёких системах.
Тема напрямую связана с красным смещением, расширением Вселенной и законом Хаббла. По смещению спектра оценивают скорость удаления, а затем по закону Хаббла — расстояние. Поэтому наблюдения галактик дают экспериментальные свидетельства расширения Вселенной.
Знания о галактиках понадобятся при изучении крупномасштабной структуры Вселенной, скоплений галактик и космологии. Галактики объединяются в группы и скопления, которые образуют ещё более крупную структуру. Их распределение и движение позволяют исследовать прошлое и развитие Вселенной.
Почему галактики не разлетаются на отдельные звёзды?
Звёзды удерживаются общей гравитацией галактики. В её притяжении участвуют не только видимые звёзды, но и газ, пыль и тёмное вещество.
Чем спиральная галактика отличается от эллиптической?
Спиральная галактика имеет плоский диск, центральное утолщение и рукава, где много газа, пыли и молодых звёзд. Эллиптическая выглядит более округлой, содержит мало газа и в основном состоит из старых звёзд.
Почему галактики называют удаляющимися, если они сами не обязательно движутся сквозь пространство?
На больших масштабах увеличиваются сами расстояния между удалёнными галактиками из-за расширения пространства. Поэтому их красное смещение описывают как скорость удаления, хотя это не всегда обычное движение сквозь пространство.
Что такое квазар и почему он кажется таким ярким?
Квазар — чрезвычайно яркое активное ядро далёкой галактики. Его энергия выделяется при падении вещества на сверхмассивную чёрную дыру, поэтому даже очень далёкий квазар может наблюдаться как мощный источник света.
Можно ли увидеть отдельные звёзды в других галактиках?
В большинстве далёких галактик отдельные звёзды не различимы: их свет сливается в общее свечение. Отдельные яркие звёзды удаётся наблюдать главным образом в ближайших галактиках и с помощью мощных телескопов.
§ 29. Другие галактики
