§ 26. Другие звёздные системы — галактики

Определения и обозначения

Галактика — гравитационно связанная система звёзд, газа, пыли и тёмного вещества. Гравитационно связанная означает, что взаимное притяжение удерживает составляющие вместе. В отличие от отдельного звёздного скопления, галактика включает множество звёзд и межзвёздное вещество, а её размеры и устройство гораздо масштабнее. Это понятие помогает не путать целую звёздную систему с отдельной группой звёзд.

Спиральная галактика — система с диском и спиральными ветвями, закрученными вокруг центральной области. В диске находятся звёзды, газ и пыль, а в ветвях особенно заметны молодые звёзды и межзвёздное вещество. Такие особенности позволяют распознать спиральное строение на снимке, если галактика видна под подходящим углом. Млечный Путь и галактика Андромеды относятся к спиральным системам.

Эллиптическая галактика — система округлой или вытянутой формы, у которой не видно выраженных спиральных ветвей. Её изображение обычно выглядит как гладкое световое пятно, яркое в центральной части и постепенно тускнеющее к краям. Форма может быть почти круглой или заметно вытянутой. Это определение помогает отличать такие системы от галактик с хорошо различимым диском и ветвями.

Неправильная галактика — галактика без выраженной симметричной формы. Её звёзды и межзвёздное вещество распределены неравномерно, поэтому на снимке могут быть заметны отдельные яркие участки и неодинаковые очертания. Такая форма не означает, что перед нами просто облако: объект по-прежнему может быть самостоятельной гравитационно связанной системой. Чтобы отнести галактику к этому типу, нужно учитывать и её строение, и ракурс наблюдения.

Как это устроено

Некоторые далёкие объекты в телескоп сначала казались туманными пятнами, и их принимали за облака внутри Млечного Пути. Разобраться помогли наблюдения: у таких объектов обнаружили множество звёзд, а расстояния до них оказались намного больше размеров нашей Галактики. Значит, это не небольшие облака в её пределах, а самостоятельные звёздные системы. Историческое название «туманность Андромеды» сохранилось, хотя Андромеда — галактика.

Галактики классифицируют по тому, как распределён свет и какие формы видны на изображениях: выделяют спиральные, эллиптические и неправильные системы. Эта классификация удобна, потому что внешний облик показывает крупные особенности строения. Однако реальные объекты не всегда выглядят как идеальные примеры из схемы: детали могут быть слабо различимы, а форма — промежуточной. Поэтому тип определяют по совокупности признаков, а не по одному пятну или яркой области.

У спиральной галактики есть диск, центральная область — ядро — и отходящие от неё спиральные ветви. В диске сосредоточены звёзды и межзвёздное вещество; газ и пыль особенно хорошо заметны в ветвях, где также находятся молодые звёзды. Центральная часть обычно выглядит ярче, потому что в направлении ядра наблюдается плотное скопление звёзд. Такое устройство объясняет, почему на снимке часто выделяется светлая середина, окружённая закрученными участками.

Видимая форма зависит от того, под каким углом галактика обращена к наблюдателю. Если смотреть почти перпендикулярно к диску, то есть плашмя, можно различить его форму и спиральные ветви. Если наблюдать диск сбоку, с ребра, он выглядит узкой полосой, а ветви накладываются друг на друга и становятся почти незаметны. Поэтому одинаковая система на разных изображениях может казаться устроенной по-разному.

Галактики не обязательно существуют поодиночке: они могут быть связаны гравитацией и образовывать группы или более крупные скопления. В Местную группу входят Млечный Путь, галактика Андромеды и другие галактики. Млечный Путь и Андромеда — две крупнейшие системы этой группы; Андромеда является крупной спиральной галактикой. Группа или скопление при этом не превращаются в одну галактику: каждая входящая в них система остаётся самостоятельным объектом.

Основные типы галактик и их признаки

Сначала сравните общий силуэт галактики с колонкой «Внешний вид», затем проверьте характерные особенности. Примеры помогают соотнести описание с известными объектами, но решающими остаются признаки на снимке. При этом учитывайте ракурс: диск спиральной системы, видимый с ребра, может скрывать её ветви.

Разбор задач

Задача 1. На снимке видны яркое ядро и отходящие от него спиральные ветви. Определите тип галактики и назовите признаки, на которые вы опирались. Нужно сопоставить наблюдаемую форму с определениями, а не только обратить внимание на яркость объекта.

1. Яркое центральное ядро указывает на центральную область галактики, но само по себе ещё не определяет её тип.
2. От ядра отходят закрученные ветви — это характерный признак спирального строения.
3. Сравниваем совокупность признаков с определением: у спиральной галактики есть диск, центральная область и спиральные ветви.

Ответ: это спиральная галактика. Основание для вывода — сочетание яркого ядра и отходящих от него спиральных ветвей.

Задача 2. Две галактики имеют одинаковый истинный диаметр, но одна находится дальше. Какая будет выглядеть на небе меньше и почему? Истинный диаметр — реальный размер объекта, а видимый угловой размер показывает, какую часть поля зрения он занимает.

1. Сравниваем объекты: их реальные размеры одинаковы, поэтому различие в видимом размере связано с расстоянием.
2. Чем дальше находится объект такого же размера, тем меньший угол он занимает в поле зрения.
3. Значит, меньшей на небе будет выглядеть более далёкая галактика; её истинный диаметр при этом не меняется.

Ответ: более далёкая галактика будет выглядеть меньше, потому что при одинаковом истинном размере её видимый угловой размер уменьшается с расстоянием.

Задача 3. Наблюдатель видит галактику как узкую светящуюся полосу, а на снимке другой галактики различимы спиральные ветви. Можно ли по первому изображению заключить, что галактика неправильная? Для ответа нужно отделить видимую форму от истинного строения системы.

1. Узкая полоса может быть диском, который наблюдают почти сбоку, с ребра.
2. При таком ракурсе спиральные ветви накладываются друг на друга и могут быть неразличимы.
3. Следовательно, одного изображения в виде полосы недостаточно: нужно искать другие признаки и учитывать угол наблюдения.

Ответ: нет, заключить о неправильной форме нельзя. Спиральная галактика, видимая с ребра, тоже может выглядеть как узкая полоса.

Типичные ошибки

Первая ошибка — считать галактику и туманность одним и тем же. Её допускают потому, что далёкая система на снимке похожа на размытое облако, а Андромеду исторически называли туманностью. Проверьте себя: выясните, находится ли объект внутри Млечного Пути или представляет собой самостоятельную систему за его пределами. Андромеда относится ко второму случаю.

Вторая ошибка — принимать вид галактики с ребра за доказательство неправильной формы. Узкую полосу можно ошибочно счесть бесформенным объектом, если забыть о ракурсе. Проверьте, может ли она быть диском, который наблюдают сбоку, и не скрыты ли ветви. Для определения типа одной только ширины изображения недостаточно.

Третья ошибка — считать, что все галактики устроены как Млечный Путь. Такой вывод легко сделать, если знаком только один пример, но существуют также эллиптические и неправильные системы. Сверьте форму объекта с признаками каждого типа: наличие диска и ветвей, гладкий вытянутый облик или отсутствие симметрии. Если признаки отличаются от устройства Млечного Пути, это не делает объект «неправильным» автоматически.

Четвёртая ошибка — путать группу или скопление галактик с одной большой галактикой. Причина путаницы в том, что несколько систем могут находиться рядом и взаимодействовать гравитационно. Проверьте, сколько самостоятельных галактик входит в такое объединение: группа и скопление состоят из отдельных систем, а не являются одной из них. Млечный Путь, например, входит в Местную группу, но не перестаёт быть отдельной галактикой.

Связь с другими темами

Чтобы понять, что такое галактика, полезно знать, как звёзды образуют системы, и представлять огромные расстояния до далёких объектов. Их выражают, в частности, в световых годах — расстояниях, которые свет проходит за год. Эти знания помогают отличить близкое облако от системы за пределами Млечного Пути.

Тема связана со строением Млечного Пути: наша Галактика служит примером для сравнения с другими системами. Сопоставляя её с Андромедой, эллиптическими и неправильными галактиками, астрономы выявляют как общие черты, так и различия в строении.

Представление о группах и скоплениях галактик понадобится при изучении крупномасштабного строения Вселенной. Оно помогает перейти от отдельных звёздных систем к более крупным объединениям и рассматривать, как Вселенная менялась со временем.

Что запомнить

• Галактика — самостоятельная гравитационно связанная звёздная система.
• Млечный Путь — галактика, в которой находится Солнечная система.
• По внешнему виду различают спиральные, эллиптические и неправильные галактики.
• Вид галактики зависит в том числе от угла, под которым её наблюдают.
• Галактика Андромеды — ближайшая к Млечному Пути крупная спиральная галактика.
• Галактики могут входить в группы и скопления.