1845 жылы ағылшын астрономы Лорд Росс спираль тәрізді тұмандықтардың тұтас бір класын ашты. Олардың табиғаты ХХ ғасырдың басында ғана орнықты. Ғалымдар бұл тұмандықтардың біздің Галактикаға ұқсас үлкен жұлдыздық жүйелер екенін дәлелдеді, бірақ олар одан миллиондаған жарық жылы қашықтықта орналасқан.
Жалпы ақпарат
Спиральды галактикалар (осы мақаладағы фотосуреттер олардың құрылымының ерекшеліктерін көрсетеді) біріктірілген жұп табақшаларға немесе екі беті дөңес линзаға ұқсайды. Олар үлкен жұлдызды дискіні де, ореолды да анықтай алады. Ісінуге ұқсайтын орталық бөлік әдетте дөңес деп аталады. Ал дискі бойымен өтетін күңгірт жолақ (жұлдызаралық ортаның мөлдір емес қабаты) жұлдыз аралық шаң деп аталады.
Спиральды галактикалар әдетте S әрпімен белгіленеді. Сонымен қатар, олар әдетте құрылым дәрежесіне қарай бөлінеді. Ол үшін басты таңбаға a, b немесе c әріптері қосылады. Осылайша, Sa дамымаған галактикаға сәйкес келедіспиральды құрылым, бірақ үлкен өзегі бар. Үшінші класс - Sc - әлсіз өзегі және күшті спиральды тармақтары бар қарама-қарсы объектілерге жатады. Орталық бөліктегі кейбір жұлдыздық жүйелерде секіргіш болуы мүмкін, оны әдетте жолақ деп атайды. Бұл жағдайда белгілеуге B таңбасы қосылады. Біздің Галактика аралық типті, секіргішсіз.
Спиральды диск құрылымдары қалай пайда болды?
Тегіс диск тәрізді пішіндер жұлдыз шоғырларының айналуымен түсіндіріледі. Галактиканың пайда болуы кезінде орталықтан тепкіш күш протогалактикалық деп аталатын бұлттың айналу осіне перпендикуляр бағытта қысылуын болдырмайды деген гипотеза бар. Сондай-ақ, тұмандықтардың ішіндегі газдар мен жұлдыздардың қозғалысының табиғаты бірдей емес екенін білу керек: диффузиялық шоғырлар ескі жұлдыздарға қарағанда тезірек айналады. Мысалы, егер газдың сипаттамалық айналу жылдамдығы 150-500 км/с болса, онда ореол жұлдыз әрқашан баяуырақ қозғалады. Ал мұндай нысандардан тұратын дөңестердің жылдамдығы дискілерге қарағанда үш есе төмен болады.
Жұлдызды газ
Галактикалардың ішінде орбиталарында қозғалатын миллиардтаған жұлдыз жүйелерін жұлдыздық газ түрін құрайтын бөлшектердің жиынтығы ретінде қарастыруға болады. Ең қызығы, оның қасиеттері қарапайым газға өте жақын. Оған «бөлшектердің концентрациясы», «тығыздық», «қысым», «температура» сияқты ұғымдарды қолдануға болады. Мұндағы соңғы параметрдің аналогы орташаланған энергия болып табыладыжұлдыздардың «хаотикалық» қозғалысы. Жұлдыздық газдан түзілген айналмалы дискілерде дыбыс толқындарына жақын сиректеу-сығу тығыздығының спираль түріндегі толқындары тарай алады. Олар бірнеше жүз миллион жыл бойы тұрақты бұрыштық жылдамдықпен галактиканы айналып өте алады. Олар спиральды бұтақтардың қалыптасуына жауапты. Газдың қысылуы орын алған сәтте суық бұлттардың пайда болу процесі басталады, бұл белсенді жұлдыз түзілуіне әкеледі.
Бұл қызық
Гало және эллиптикалық жүйелерде газ динамикалық, яғни ыстық. Тиісінше, мұндай типтегі галактикадағы жұлдыздардың қозғалысы хаотикалық. Нәтижесінде кеңістікте жақын объектілер үшін олардың жылдамдықтарының орташа айырмашылығы секундына бірнеше жүз километрді құрайды (жылдамдық дисперсиясы). Жұлдыздық газдар үшін жылдамдық дисперсиясы әдетте 10-50 км/с құрайды, сәйкесінше олардың «дәрежесі» айтарлықтай суық. Бұл айырмашылықтың себебі Ғалам галактикалары енді ғана қалыптаса бастаған сол алыс уақытта (он миллиардтан астам жыл бұрын) жатыр деп саналады. Бірінші болып сфералық құрамдас бөліктер пайда болды.
Спиральды толқындар айналмалы диск бойымен өтетін тығыздық толқындары деп аталады. Нәтижесінде мұндай типтегі галактиканың барлық жұлдыздары өз тармақтарына ығыстырылып, содан кейін сол жерден шығады. Спиральды иықтар мен жұлдыздардың жылдамдықтары сәйкес келетін жалғыз орын - коротациялық шеңбер деп аталады. Айтпақшы, бұл күн орналасқан жер. Біздің планетамыз үшін бұл жағдай өте қолайлы: Жер галактикада салыстырмалы түрде тыныш жерде орналасқан, нәтижесінде көптеген миллиардтаған жылдар бойы оған галактикалық масштабтағы катаклизмдер ерекше әсер етпеген.
Спиральды галактикалардың ерекшеліктері
Эллиптикалық түзілімдерден айырмашылығы, әрбір спиральды галактиканың (мысалдарды мақалада берілген фотосуреттерден көруге болады) өзіндік ерекше дәмі бар. Бірінші түрі тыныштықпен, тұрақтылықпен, тұрақтылықпен байланысты болса, екінші типке динамика, құйындар, айналулар жатады. Сондықтан да астрономдар ғарышты (ғаламды) «қаһарлы» дейді. Спиральді галактиканың құрылымына орталық ядро кіреді, одан әдемі қолдар (бұтақтар) пайда болады. Олар бірте-бірте жұлдыз шоғырынан тыс контурларын жоғалтады. Мұндай көріністі күшті, жылдам қозғалыспен байланыстыруға болмайды. Спиральды галактикалар әртүрлі пішіндермен және олардың тармақтарының үлгілерімен сипатталады.
Галактикалар қалай жіктеледі
Осындай әртүрлілікке қарамастан, ғалымдар барлық белгілі спиральды галактикаларды жіктей алды. Біз қолдардың даму дәрежесін және олардың өзегінің өлшемін негізгі параметр ретінде пайдалануды шештік, ал қысу деңгейі қажетсіз деп фонға түсіп кетті.
Sa
Эдвин П. Хаббл тармақтары дамымаған спиральды галактикаларды Sa класына жатқызды. Мұндай кластерлердің әрқашан үлкен өзектері болады. Көбінесе берілген кластың галактикасының орталығыол бүкіл кластердің жартысына тең. Бұл объектілер ең аз экспрессивтілікпен сипатталады. Оларды тіпті эллипстік жұлдыз шоғырларымен салыстыруға болады. Көбінесе Ғаламның спиральды галактикаларының екі қолы болады. Олар ядроның қарама-қарсы шеттерінде орналасқан. Бұтақтар симметриялы, ұқсас түрде ашылады. Орталықтан қашықтаған сайын бұтақтардың жарықтығы төмендейді және белгілі бір қашықтықта олар кластердің шеткі аймақтарында жоғалып, мүлдем көрінуді тоқтатады. Дегенмен, жеңі екі емес, одан да көп нысандар бар. Рас, галактиканың мұндай құрылымы өте сирек кездеседі. Бір бұтақ екіншісіне қарағанда дамыған кезде асимметриялық тұмандықтар одан да сирек кездеседі.
Sb және Sc
Edwin P. Hubble Sb қосалқы сыныбының айтарлықтай дамыған қарулары бар, бірақ олардың бай салалары жоқ. Ядролар бірінші түрлерге қарағанда айтарлықтай кішірек. Спиральді жұлдыз шоғырларының үшінші қосалқы сыныбына (Sc) тармақтары жоғары дамыған, бірақ олардың орталығы салыстырмалы түрде кішкентай объектілер кіреді.
Қайта туылу мүмкін бе?
Ғалымдар спиральды құрылым жұлдыздардың қатты қысылуынан туындайтын тұрақсыз қозғалысының нәтижесі екенін анықтады. Сонымен қатар, айта кету керек, әдетте, ыстық алыптар қолдарда шоғырланған және диффузиялық заттардың негізгі массалары - жұлдыз аралық шаң мен жұлдыз аралық газ - онда жиналады. Бұл құбылысты басқа қырынан да қарауға болады. Оның эволюциясы барысында өте сығылған жұлдыздар шоғыры екені даусызенді қысылу дәрежесін жоғалта алмайды. Демек, керісінше өту де мүмкін емес. Нәтижесінде эллиптикалық галактикалар спиральға айналуы мүмкін емес және керісінше деген қорытындыға келеміз, өйткені ғарыш (Әлем) осылай орналасады. Басқаша айтқанда, жұлдыз шоғырларының бұл екі түрі біртұтас эволюциялық дамудың екі түрлі сатысы емес, мүлде басқа жүйелер. Әрбір осындай тип әртүрлі қысу коэффициентіне байланысты қарама-қарсы эволюциялық жолдардың мысалы болып табылады. Және бұл сипаттама, өз кезегінде, галактикалардың айналуындағы айырмашылыққа байланысты. Мысалы, егер жұлдыз жүйесі пайда болу кезінде жеткілікті айналуды қабылдаса, ол жиырылып, спиральды қолдарды дамыта алады. Егер айналу дәрежесі жеткіліксіз болса, онда галактика азырақ қысылады, ал оның тармақтары қалыптаспайды - ол классикалық эллиптикалық пішін болады.
Тағы қандай айырмашылықтар бар
Эллипстік және спиральды жұлдыз жүйелерінің арасында басқа да айырмашылықтар бар. Сонымен, қысылу деңгейі төмен галактиканың бірінші түрі диффузды заттардың аз мөлшерімен (немесе толық болмауымен) сипатталады. Сонымен қатар, спиральді шоғырлар жоғары деңгейде сығымдалады, оларда газ және шаң бөлшектері болады. Ғалымдар бұл айырмашылықты былай түсіндіреді. Шаң бөлшектері мен газ бөлшектері қозғалыс кезінде мезгіл-мезгіл соқтығысады. Бұл процесс серпімді емес. Соқтығысқаннан кейін бөлшектер энергиясының бір бөлігін жоғалтады, нәтижесінде олар бірте-бірте оларда орналасады.жұлдыздар жүйесіндегі ең аз потенциалдық энергия бар орындар.
Жоғары қысылған жүйелер
Егер жоғарыда сипатталған процесс жоғары сығылған жұлдыздар жүйесінде жүрсе, онда диффузиялық зат галактиканың негізгі жазықтығында орналасуы керек, өйткені дәл осы жерде потенциалдық энергияның деңгейі ең төмен. Бұл жерде газ және шаң бөлшектері жиналады. Әрі қарай диффузиялық материя жұлдыздар шоғырының негізгі жазықтығында өз қозғалысын бастайды. Бөлшектер дөңгелек орбитада дерлік параллель қозғалады. Нәтижесінде мұнда соқтығыстар өте сирек кездеседі. Егер олар орын алса, онда энергия шығыны шамалы болады. Бұдан шығатыны, материя галактиканың орталығына әрі қарай жылжымайды, мұнда потенциалдық энергия одан да төмен болады.
Әлсіз сығылған жүйелер
Енді эллипсоидты галактика қалай әрекет ететінін қарастырыңыз. Бұл түрдегі жұлдыздар жүйесі бұл процестің мүлдем басқаша дамуымен ерекшеленеді. Мұнда негізгі жазықтық потенциалдық энергияның төмен деңгейі бар айқын аймақ емес. Бұл параметрдің күшті төмендеуі жұлдыздар шоғырының орталық бағытында ғана болады. Ал бұл жұлдыз аралық шаң мен газдың галактиканың орталығына тартылатынын білдіреді. Нәтижесінде бұл жерде диффузды заттың тығыздығы спиральды жүйедегі жазық шашыраумен салыстырғанда өте жоғары болады. Тарту күшінің әсерінен жинақтау орталығында жиналған шаң мен газ бөлшектері кішірейе бастайды, осылайша тығыз заттардың шағын аймағын құрайды. Ғалымдар бұл мәселеден болашақта деп болжайдыжаңа жұлдыздар пайда бола бастайды. Бұл жерде тағы бір нәрсе маңызды – әлсіз сығылған галактиканың өзегінде орналасқан газ бен шаңның кішкене бұлты бақылау кезінде өзін анықтауға мүмкіндік бермейді.
Аралық кезеңдер
Жұлдыз шоғырларының екі негізгі түрін қарастырдық - әлсіз және күшті қысу деңгейі. Дегенмен, жүйенің қысылуы осы параметрлер арасында болатын аралық кезеңдері де бар. Мұндай галактикаларда бұл сипаттама диффузиялық материяның шоғырдың барлық негізгі жазықтығы бойында жиналуы үшін жеткілікті күшті емес. Сонымен қатар, газ және шаң бөлшектерінің ядро аймағында шоғырлануы үшін әлсіз емес. Мұндай галактикаларда диффузды материя жұлдыздар шоғырының өзегіне жиналатын шағын жазықтыққа жиналады.
Тұйықталған галактикалар
Спиральды галактикалардың тағы бір ішкі түрі белгілі - бұл жолағы бар жұлдыз шоғыры. Оның ерекшелігі келесідей. Егер кәдімгі спиральды жүйеде қолдар диск тәрізді өзектен тікелей шығатын болса, онда бұл типте орталық түзу көпірдің ортасында орналасады. Ал мұндай кластердің тармақтары осы сегменттің ұштарынан басталады. Оларды айқастырылған спираль галактикалары деп те атайды. Айтпақшы, бұл секіргіштің физикалық табиғаты әлі белгісіз.
Сонымен қатар ғалымдар жұлдыз шоғырларының тағы бір түрін тапты. Олар спиральды галактикалар сияқты ядромен сипатталады, бірақ олардың қолдары жоқ. Ядроның болуы күшті қысуды көрсетеді, бірақбарлық басқа параметрлер эллипсоидты жүйелерге ұқсайды. Мұндай шоғырлар лентикулярлы деп аталады. Ғалымдар бұл тұмандықтар спиральды галактиканың диффузиялық материяны жоғалтуы нәтижесінде пайда болған деп болжайды.
